In de vorige natuurkundeles hebben we de onderwerpen deeltjesdynamica en rotatiedynamica bestudeerd . Bij deeltjesdynamica hebben we deeltjes in translatiebeweging bestudeerd ( rechtlijnige beweging , cirkelbeweging , parabolische beweging ). Bij rotatiedynamica hebben we roterende starre lichamen bestudeerd. In dit onderwerp hebben we objecten in evenwicht bestudeerd. Er zijn twee soorten evenwicht, namelijk statisch evenwicht en dynamisch evenwicht. Volgens de eerste wet van Newton is een object in statisch evenwicht als het stilstaat en in dynamisch evenwicht als het met een constante snelheid beweegt. Dit artikel richt zich meer op de bespreking van statisch evenwicht (stilstaande objecten).
Het concept van evenwicht van starre lichamen is een zeer belangrijke basiskennis met vele toepassingen in het dagelijks leven, met name in de techniek. Het begrijpen en berekenen van de krachten die op een object in een staat van statisch evenwicht inwerken, is van groot belang, vooral voor technische experts (architecten of ingenieurs). Bij het ontwerpen van iets, of het nu een gebouw, brug, voertuig, enzovoort is, berekenen architecten of ingenieurs ook zorgvuldig of de constructie van een gebouw, voertuig, brug, enzovoort, bestand is tegen de erop inwerkende krachten, zodat deze niet instort.
Contoh soal
1. Bekijk de volgende afbeelding! Een staaf van 1,5 kg is aan één uiteinde loodrecht op de muur bevestigd met een scharnier, en op een bepaalde afstand van het scharnier hangt een lantaarn. De spanning in het touw die nodig is om de staaf in evenwicht te houden is...
Discussie
Het is bekend:
Massa van de lading (m 1 ) = 2 kg
Massa van de staaf (m 2 ) = 1,5 kg
Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 m/ s²
Laadgewicht (w)1) = (2)(10) = 20 Newton
Gewicht van de staaf (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 N
Vraag: Hoe groot moet de spanning in het touw zijn zodat de staaf in evenwicht is?
Jawab:
De lengte van het touw wordt berekend met behulp van de stelling van Pythagoras:
Bereken de trekkracht van het touw (T ):
Kies de rotatieas bij het scharnier. Houd rekening met het moment van de kracht die op de stang werkt.
Krachtmoment 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Het moment van kracht 1 zorgt ervoor dat de staaf met de klok mee draait, waardoor het moment van kracht 1 een negatief teken heeft.
Krachtmoment 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Het moment van kracht 2 zorgt ervoor dat de staaf met de klok mee draait, waardoor het moment van kracht 1 een negatief teken heeft.
Krachtmoment 3:
τ 3 = T r 3 zonde θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Het moment van kracht 3 zorgt ervoor dat de staaf tegen de klok in draait, waardoor het moment van kracht 3 een positief teken heeft.
Om het systeem stationair te laten zijn, moet het resulterende moment van kracht ( Στ) = 0 zijn.
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/ 0,48
T = 37,5 Newton
Bron van de vraag:
Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.
