U prethodnoj lekciji fizike proučavali smo teme dinamike čestica i rotacijske dinamike . U dinamici čestica proučavali smo čestice u translacijskom gibanju ( pravocrtno gibanje , kružno gibanje , parabolično gibanje ). U rotacijskoj dinamici proučavali smo rotirajuća kruta tijela. U ovoj temi proučavali smo objekte u ravnoteži. Postoje dvije vrste ravnoteže, naime statička ravnoteža i dinamička ravnoteža. Prema Newtonovom prvom zakonu, objekt je u statičkoj ravnoteži ako miruje, a objekt je u dinamičkoj ravnoteži ako se kreće konstantnom brzinom. Ovaj rad se više fokusira na raspravu o statičkoj ravnoteži (nepokretni objekti).
Koncept ravnoteže krutog tijela vrlo je važno osnovno znanje i ima mnogo primjena u svakodnevnom životu, posebno u području inženjerstva. Razumijevanje i izračunavanje sila koje djeluju na objekt u stanju statičke ravnoteže vrlo je važno, posebno za tehničke stručnjake (arhitekte ili inženjere). Prilikom projektiranja nečega, bilo da se radi o zgradi, mostu, vozilu itd., arhitekti ili inženjeri također pažljivo izračunavaju je li konstrukcija zgrade, vozila, mosta itd. u stanju izdržati sile koje na nju djeluju kako se ne bi urušila.
Primjer problema
1. Razmotrite sljedeću sliku! Štap mase 1,5 kg je na jednom kraju okomito pričvršćen na zid, a svjetiljka je obješena na određenoj udaljenosti od šarke. Napetost užeta potrebna za održavanje štapa u ravnoteži je…
Rasprava
Poznato je:
Masa tereta (m1 ) = 2 kg
Masa štapa (m² ) = 1,5 kg
Ubrzanje zbog gravitacije (g) = 10 m/ s²
Težina tereta (w1) = (2)(10) = 20 Newtona
Težina šipke (w2 ) = (1,5)(10) = 15 N
Pitanje: Kolika je veličina napetosti u užetu potrebna da bi štap bio u ravnoteži?
Džavab:
Duljina užeta izračunava se pomoću pitagorejske formule:
Izračunajte silu napetosti užeta (T ):
Odaberite os rotacije na šarniru. Razmotrite moment sile koja djeluje na šipku.
Moment sile 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Moment sile 1 uzrokuje rotaciju štapa u smjeru kazaljke na satu tako da moment sile 1 ima negativni predznak.
Moment sile 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Moment sile 2 uzrokuje rotaciju štapa u smjeru kazaljke na satu tako da moment sile 1 ima negativni predznak.
Moment sile 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Moment sile 3 uzrokuje rotaciju štapa u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, tako da moment sile 3 ima pozitivan predznak.
Da bi sustav bio stacionaran, rezultantni moment sile ( 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 Newtona
Izvor pitanja:
Pitanja iz fizike za nacionalni ispit za višu srednju školu/srednju strukovnu školu
