Како да се пресмета моќта на напнатост во физиката: 8 чекори

Во физиката, моќта на напнатост е сила која дејствува на јаже, кабел, кабел или сличен објект или група на објекти. Сè што е испружено, суспендирано, е поддржано или занишан на јажето, кабелот, кабелот, и така натаму, е предмет на напнатост сила. Како и сите сили, тензијата може да ги забрза предметите или да предизвика нивната деформација. Способноста да се пресмета силата на напнатоста е важна вештина не само за учениците на физиката на Факултетот за физика, туку и за инженери, архитекти, кои градат одржливи куќи, треба да знаат дали одредена јаже или кабел ќе ја издржи напнатоста на тежината на тежината на тежината на тежината на објектот, така што тие не бараат и не се распаднат. Започнете со читање на статија за да научите како да ја пресметате моќта на напнатост во некои физички системи.

Чекори

Метод 1 од 2:

Определување на тензијата сила на една нишка

Еден. Ги одредуваат силите на секој крај на темата. Силата на напнатоста на оваа нишка, јажето е резултат на силите кои го повлекуваат јажето од секој крај. Потсети, Power = Mass × забрзување. Претпоставувајќи дека јажето е затегнато цврсто, секоја промена во забрзувањето или масата на објектот суспендирана на јажето ќе доведе до промена на тензичната сила во самата јаже. Не заборавајте за постојано забрзување на гравитацијата - дури и ако системот е во мир, неговите компоненти се објекти на гравитација. Ние можеме да претпоставиме дека силата на тензијата на оваа јаже е t = (m × g) + (m × a), каде што "g" е да се забрза гравитацијата на кој било од предметите поддржани од јажето, и "А" е секое друго забрзување, работи на објекти.

За решавање на различни физички проблеми, претпоставуваме Совршен јаже - Со други зборови, нашиот јаже е тенок, нема маса и не може да се протега или да се скрши.
На пример, ајде да погледнеме во системот во кој товарот е суспендиран со дрвен зрак со еден јаже (види слика). Ниту товарот ниту јажето не се движат - системот е сам. Како резултат на тоа, знаеме дека товарот е во рамнотежа, силата на напнатоста треба да биде еднаква на моќта на гравитацијата. Со други зборови, силата на напнатоста (f_Т) = Гравитација (f_Г) = m × g.

Да претпоставиме дека товарот има многу 10 кг, затоа, силата на тензијата е еднаква на 10 кг × 9,8 m / s = 98 Newtons.

Сликата со наслов Пресметајте го тензијата во физиката Чекор 2

2. Размислете за забрзување. Силата на гравитацијата не е единствената моќ што може да влијае на силата на тензијата на јажето - истото дејство произведува каква било сила поврзана со објектот на јажето со забрзување. Ако, на пример, објектот подложно на јажето или кабелот е забрзан под дејство на сила, се додава силата на забрзување (маса × забрзување) на моќта на тензиите формирани од тежината на овој објект.

Да претпоставиме дека во нашиот пример, оптоварување од 10 кг е суспендиран на јажето, и наместо да биде прикачен на дрвен зрак, се повлекува со забрзување од 1 m / s. Во овој случај, треба да го земеме предвид забрзувањето на товарот, како и забрзувањето на гравитацијата, и тоа:

Ф_Т = F_Г + М × А

Ф_Т = 98 + 10 кг × 1 m / s

Ф_Т = 108 newtons.

Сликата со наслов Пресметајте го тензијата во физиката Чекор 3

3. Земете во предвид аголното забрзување. Објектот на јажето ротира околу точка, кој се смета за центар (како нишалум), има тензии на јажето со центрифугална сила. Центрифугалната сила е дополнителна сила на напнатост што ги предизвикува јажето ", туркајќи го внатрешноста, така што товарот ќе продолжи да се движи по ARC, а не во права линија. Колку побрзо објектот се движи, толку повеќе центрифугална сила. Центрифугална сила (f_В) еднаква на m × v / r каде што "m" е масата, "V" е брзината и "R" - радиусот на кругот по кој се движат товарите.

Бидејќи насоката и вредноста на центрифугалната сила варира во зависност од тоа како објектот се движи и ја менува својата брзина, тогаш целосната тензија на јажето е секогаш паралелно со јажето во централната точка. Запомнете дека силата на атракција постојано дејствува на објектот и го повлекува. Значи, ако објектот се ниша вертикално, вкупната напнатост Најсилната работа во долната точка на лакот (за нишало тоа се нарекува точка на рамнотежа) кога објектот ќе ја достигне максималната брзина, и послаба од само На горната точка на ARC кога објектот се забавува.

Да претпоставиме дека во нашиот пример објектот повеќе не се забрзува, но занишан како нишал. Нека нашиот јаже е долг 1,5 метри, а нашиот товар се движи со брзина од 2 m / s, кога поминува низ долната точка на обемот. Ако ние треба да ја пресметаме силата на напнатост во долната точка на ARC, кога е најголема, тогаш прво мора да дознаете дали притисокот на гравитацијата се тестира во овој момент, како во состојба на одмор - 98 newtons. За да најдете дополнителна центрифугална моќ, треба да го решиме следново:

Ф_В = M × v / r

Ф_В = 10 × 2/1.Пет

Ф_В = 10 × 2.67 = 26.7 newtons.

Така, вкупната напнатост ќе биде 98 + 26.7 = 124,7 Њутн.

Сликата со наслов Пресметајте го тензијата во физиката Чекор 4

Четири. Имајте на ум дека силата на тензијата се должи на силата на гравитацијата се менува како товар под ARC Pass. Како што е наведено погоре, насоката и големината на центрифугалната сила варираат додека предметот се заниша. Во секој случај, иако моќта на гравитацијата и останува константна, Како резултат на напнатост како резултат на гравитацијата Исто така се менува. Кога се наоѓа занишан објект не Во долната точка на лак (точка на рамнотежа), силата на гравитацијата го повлекува, но силата на напнатоста го повлекува под агол. Поради оваа причина, моќта на тензијата треба да се спротивстави на делот од гравитацијата, а не целата негова комплетноста.

Поделбата на сила на гравитацијата за два вектори може да ви помогне визуелно да ја прикажете оваа состојба. Во било која точка на лакот вертикално занишан објект, јажето е аголот на "θ" со линијата која поминува низ точка на рамнотежа и центарот на ротација. Веднаш штом нишалото ќе почне да се заниша, силата на гравитацијата (m × g) е поделена на 2 вектори - MGSIN (θ), постапувајќи на тангентата на лакот во насока на рамнотежа и MGCOS (θ), дејствувајќи во Паралелно со моќта на напнатост, но во спротивна насока. Тензијата може да издржи само MGCOS (θ) - Силата насочена против неа - не целосна сила (со исклучок на точката на рамнотежа, каде што сите сили се исти).

Да претпоставиме дека кога нишалото ќе го одврати аголот од 15 степени од вертикалата, се движи со брзина од 1,5 m / s. Ние ќе ја најдеме силата на напнатост со следниве постапки:

Односот на силата на напнатоста на моќта на гравитацијата (т_Г) = 98cos (15) = 98 (0.96) = 94.08 Њутн

Центрифугална сила (f_В) = 10 × 1,5 / 1,5 = 10 × 1,5 = 15 newtons

Целосна тензија = t_Г + Ф_В = 94.08 + 15 = 109.08 newtons.

Сликата со наслов Пресметајте ги напнатост во физиката Чекор 5

Пет. Пресметајте триење. Секој објект што се протега со јаже и искуства "сопирање" од триење на друг објект (или течност) ја пренесува оваа изложеност на напнатост во јажето. Силата за триење помеѓу два објекти исто така се пресметува како во која било друга ситуација - според следната равенка: силата на триење (обично пишува како f_Р) = (Mu) n, каде што му е коефициент на сила на триење помеѓу објектите и N - вообичаената сила на интеракцијата помеѓу предметите или силата со која тие притискаат едни со други. Треба да се напомене дека триењето на мирот е триење кое произлегува како резултат на обидите да се донесе објектот кој се наоѓа сам, во движење - се разликува од триењето на движењето - триење кое произлегува од обидот да се направи подвижен објект за продолжување на движењето.

Да претпоставиме дека нашиот товар е 10 кг повеќе не се ниша, сега се влече по хоризонталната рамнина со јаже. Да претпоставиме дека коефициентот на триење на движењето на Земјата е 0,5 и нашиот товар се движи со постојана брзина, но ние треба да го дадеме 1m / s. Овој проблем претставува две важни промени - првите, ние повеќе не треба да ја пресметаме моќта на напнатост во однос на силата на гравитацијата, бидејќи нашата јаже не го задржува товарот на тежината. Второ, ќе мораме да ја пресметаме тензијата поради триење, како и предизвикани од забрзувањето на масата на товар. Ние треба да го решиме следново:

Обична сила (n) = 10 кг × 9,8 (забрзување на гравитацијата) = 98 N

Сила на триење (f_Р) = 0,5 × 98 n = 49 newtons

Сила за забрзување (f_A) = 10 kg × 1 m / s = 10 newtons

Вкупна напнатост = f_Р + Ф_A = 49 + 10 = 59 newtons.

Метод 2 од 2:

Пресметка на напнатост сила на неколку теми

Еден. Подигнете вертикална паралелна карго користејќи блок. Блокови се едноставни механизми кои се состојат од суспендиран диск, кој ви овозможува да ја промените правецот на силата на јажето. Во едноставна блок конфигурација, јаже или кабел доаѓа од суспендираниот товар до блокот, а потоа до друг товар, со што се создава два дела од јажето или кабелот. Во секој случај, тензијата во секоја од парцелите ќе биде иста, дури и ако двата краја се затегнати од силите на различни вредности. За систем на две маси, суспендиран вертикално во блокот, силата на напнатоста е 2G (m_Еден) (М₂) / (м₂+М_Еден), каде "g" - забрзување на гравитацијата, "м_Еден"- Маса на првиот објект" М₂"- масата на вториот објект.

Забележуваме дека следниве, физичките задачи укажуваат на тоа Блокови се идеални - немаат маси, триење, не се скршнуваат, не се деформираат и не се одвоени од јажето што ги поддржува.
Да претпоставиме дека имаме две вертикално суспендирани паралелни краеви на карго јаже. Една карго маса е 10 кг, а втората - 5 кг. Во овој случај, ние треба да го пресметаме следново:

T = 2g (m_Еден) (М₂) / (м₂+М_Еден)
T = 2 (9.8) (10) (5) / (5 + 10)
T = 19.6 (50) / (15)
T = 980/15
T = 65,33 newtons.

Имајте на ум дека, бидејќи еден товар е потешко, сите други елементи се еднакви, овој систем ќе почне да се забрзува, затоа, товарот од 10 кг ќе се спушти надолу, принудувајќи го вториот товар да се зголеми.

2. Суспендирајте ги товарите со блокови со не-паралелни вертикални теми. Блокови често се користат за насочување на напнатоста на сила во насока, освен насоката надолу или нагоре. Ако, на пример, товарот е суспендиран вертикално на едниот крај на јажето, а другиот крај го задржува товарот во дијагоналната рамнина, системот кој не е паралелен блок го зема обликот на триаголник со агли во точки со првиот товар, вториот и самиот блок. Во овој случај, тензијата во јажето зависи и од силата на гравитацијата и од компонентата на силата на напнатоста, што е паралелно со дијагоналниот дел од јажето.

Да претпоставиме дека имаме систем со товар од 10 кг (м_Еден) суспендиран вертикално поврзан со товар од 5 кг (м₂) Се наоѓа на наклонета рамнина од 60 степени (се верува дека оваа падина не дава триење). За да ја пронајдете тензијата во јажето, најлесниот начин прво ќе ги формира равенките за трошоците за забрзување на силите. Следно, ние се однесуваме вака:

Суспендиран товар е потешко, тука не постои триење, па знаеме дека го забрзува. Тензијата во јажето се повлекува, така што го забрзува во однос на резултирачката сила f = m_Еден(Е) - Т, или 10 (9,8) - t = 98 - t.

Знаеме дека товарот на наклонетиот авион го забрзува. Бидејќи нема триење, знаеме дека напнатоста го повлекува товарот на авионот, и го повлекува САМО Неговата тежина. Компонентата на силата која се повлекува на наклонетоста, се пресметува како MGSIN (θ), така што во нашиот случај можеме да заклучиме дека е забрзано во однос на референтната сила f = t-m₂(е) грев (60) = t-5 (9,8) (0.87) = t - 42.14.

Ако ги изедначуваме овие две равенки, тогаш излегува 98 - T = T - 42,14. Ние наоѓаме и да добиеме 2T = 140.14, или T = 70.07 newtons.

Сликата со наслов Пресметајте го тензијата во физиката Чекор 8

3. Користете повеќе теми за суспендирање на објектот. Во заклучок, ајде да замислиме дека објектот е суспендиран на системот за јаже "y-облик" - два јагли се фиксирани на таванот и се наоѓаат во централната точка, од која има трета јаже со товар. Силата на напнатоста на третиот јаже е очигледна - едноставна напнатост поради дејството на гравитацијата или M (G). Тензијата на другите две јажиња се разликува и треба да биде во целосна сила еднаква на силата на гравитацијата во вертикална положба и се нула во хоризонталните насоки, претпоставувајќи дека системот е во мирување. Тензијата во јажето зависи од масата на суспендираниот товар и од аголот до кој таванот е отстапуван од таванот.

Да претпоставиме дека во нашиот систем во облик на Y, долниот товар има многу 10 кг и суспендирани на две јажиња, аголот на едната е 30 степени со таванот, а аголот од вториот - 60 степени. Ако треба да најдеме тензии во секоја од јажињата, треба да ги пресметаме хоризонталните и вертикалните компоненти на напнатоста. Да се најде Т_Еден (тензија во тој јаже, наклонот на кој е 30 степени) и т₂ (Тензија во тој јаже, наклонот на кој е 60 степени), треба да одлучите:

Според законите на тригонометрија, односот помеѓу t = m (g) и t_Еден и Т₂ Подеднакво косинински агол помеѓу секој од јажињата и таванот. За Т_Еден, cos (30) = 0,87, како за т₂, Cos (60) = 0,5

Помножете ја напнатоста во долниот јаже (t = mg) на косинусот на секој агол за да пронајдете t_Еден и Т₂.

Т_Еден = 0,87 × M (G) = 0,87 × 10 (9,8) = 85.26 Newtons.

Т₂ = 0,5 × M (G) = 0,5 × 10 (9,8) = 49 newtons.