V předchozí hodině fyziky jsme se věnovali tématům dynamiky částic a rotační dynamiky . V dynamice částic jsme studovali částice v translačním pohybu ( přímočarý pohyb , kruhový pohyb , parabolický pohyb ). V rotační dynamice jsme studovali rotující tuhá tělesa. V tomto tématu jsme studovali objekty v rovnováze. Existují dva typy rovnováhy, a to statická rovnováha a dynamická rovnováha. Podle prvního Newtonova zákona je objekt ve statické rovnováze, pokud je v klidu, a objekt je v dynamické rovnováze, pokud se pohybuje konstantní rychlostí. Tato práce se více zaměřuje na diskusi o statické rovnováze (stacionární objekty).
Koncept rovnováhy tuhého tělesa je velmi důležitou základní znalostí a má mnoho uplatnění v každodenním životě, zejména v oblasti inženýrství. Pochopení a výpočet sil působících na objekt ve stavu statické rovnováhy je velmi důležité, zejména pro technické odborníky (architekty nebo inženýry). Při navrhování něčeho, ať už budovy, mostu, vozidla atd., architekti nebo inženýři také pečlivě vypočítávají, zda je konstrukce budovy, vozidla, mostu atd. schopna odolat silám, které na ni působí, aby se nezřítila.
Příklad problémů
1. Vezměte si následující obrázek! Tyč o hmotnosti 1,5 kg je na jednom konci zavěšena kolmo ke zdi a lucerna je zavěšena v určité vzdálenosti od pantu. Napětí v provaze, které udržuje tyč v rovnováze, je…
Diskuse
Je známo:
Hmotnost nákladu (m1 ) = 2 kg
Hmotnost tyče (m² ) = 1,5 kg
Gravitační zrychlení (g) = 10 m/ s²
Hmotnost nákladu (w)1) = (2)(10) = 20 Newtony
Hmotnost tyče (w² ) = (1,5)(10) = 15 N
Otázka: Jaká je velikost napětí v lanu, aby byla tyč v rovnováze?
Džaváb:
Délka lana se vypočítá pomocí Pythagorova vzorce:
Vypočítejte napínací sílu lana (T ):
Vyberte osu otáčení v místě kloubu. Uvažujte moment síly působící na tyč.
Moment síly 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N) (0,4 m) = -6 Nm
Moment síly 1 způsobí, že se tyč otáčí ve směru hodinových ručiček, takže moment síly 1 má záporné znaménko.
Moment síly 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N) (0,6 m) = -12 Nm
Moment síly 2 způsobí, že se tyč otáčí ve směru hodinových ručiček, takže moment síly 1 má záporné znaménko.
Moment síly 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T) (0,8) (0,6/1) = 0,48 T
Moment síly 3 způsobí, že se tyč otáčí proti směru hodinových ručiček, takže moment síly 3 má kladné znaménko.
Aby byl systém stacionární, výsledný moment síly ( Στ) = 0
Στ = 0
τ1 + τ2 + τ3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18 / 0,48
T = 20 000 Newtonů
Zdroj otázky:
Otázky z fyziky k celostátní zkoušce pro středoškolské/odborné gymnázium
