I den forrige fysiklektion studerede vi emnerne partikeldynamik og rotationsdynamik . I partikeldynamik studerede vi partikler i translationel bevægelse ( retlinjet bevægelse , cirkulær bevægelse , parabolsk bevægelse ). I rotationsdynamik studerede vi roterende stive legemer. I dette emne studerede vi objekter i ligevægt. Der er to typer ligevægt, nemlig statisk ligevægt og dynamisk ligevægt. Ifølge Newtons første lov er et objekt i statisk ligevægt, hvis objektet er i hvile, og et objekt er i dynamisk ligevægt, hvis objektet bevæger sig med en konstant hastighed. Denne opgave fokuserer mere på diskussionen af statisk ligevægt (stationære objekter).
Begrebet ligevægt mellem stive legemer er en meget vigtig grundlæggende viden og har mange anvendelser i hverdagen, især inden for ingeniørvidenskab. Det er meget vigtigt at forstå og beregne de kræfter, der virker på et objekt i en statisk ligevægtstilstand, især for tekniske eksperter (arkitekter eller ingeniører). Når man designer noget, hvad enten det er en bygning, bro, køretøj osv., beregner arkitekter eller ingeniører også omhyggeligt, om konstruktionen af en bygning, et køretøj, en bro osv. er i stand til at modstå de kræfter, der virker på den, så den ikke kollapser.
Eksempel på soal
1. Se på følgende billede! En stang på 1,5 kg er hængslet vinkelret på væggen i den ene ende, og en lanterne er hængt i en vis afstand fra hængslet. Spændingen i rebet for at holde stangen i ligevægt er…
Diskussion
Det er kendt:
Lastens masse (m³ ) = 2 kg
Stangens masse (m² ) = 1,5 kg
Tyngdeacceleration (g) = 10 m/ s²
Vægt (w)1) = (2)(10) = 20 Newton
Stangvægt (w² ) = (1,5)(10) = 15 N
Spørgsmål: Størrelsen af spændingen i rebet, så stangen er i ligevægt
Jawab:
Rebets længde beregnes ved hjælp af den pythagoræiske formel:
Beregn rebets spændingskraft (T ):
Vælg rotationsaksen ved hængslet. Overvej kraftmomentet, der virker på stangen.
Kraftmoment 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Kraftmoment 1 får stangen til at rotere med uret, så kraftmoment 1 har et negativt fortegn.
Kraftmoment 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Kraftmoment 2 får stangen til at rotere med uret, så kraftmoment 1 har et negativt fortegn.
Kraftmoment 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Kraftmoment 3 får stangen til at rotere mod uret, så kraftmoment 3 har et positivt fortegn.
For at systemet skal være stationært, er det resulterende kraftmoment ( 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 = 37,5 Newton
Spørgsmålskilde:
Nationale eksamensspørgsmål i fysik til gymnasiet/erhvervsgymnasiet
