Na poprzedniej lekcji fizyki omawialiśmy zagadnienia dynamiki cząstek elementarnych i dynamiki obrotowej . W dynamice cząstek elementarnych badaliśmy cząstki w ruchu postępowym ( ruch prostoliniowy , ruch okrężny , ruch paraboliczny ). W dynamice obrotowej badaliśmy obracające się ciała sztywne. W tym temacie badaliśmy obiekty w równowadze. Istnieją dwa rodzaje równowagi, a mianowicie równowaga statyczna i równowaga dynamiczna. Zgodnie z pierwszym prawem Newtona, obiekt znajduje się w równowadze statycznej, jeśli jest w spoczynku, a obiekt znajduje się w równowadze dynamicznej, jeśli porusza się ze stałą prędkością. Niniejszy artykuł koncentruje się bardziej na omówieniu równowagi statycznej (obiekty nieruchome).
Koncepcja równowagi bryły sztywnej to bardzo ważna wiedza podstawowa, znajdująca liczne zastosowania w życiu codziennym, zwłaszcza w inżynierii. Zrozumienie i obliczenie sił działających na obiekt w stanie równowagi statycznej jest niezwykle istotne, zwłaszcza dla ekspertów technicznych (architektów i inżynierów). Projektując coś, czy to budynek, most, pojazd itp., architekci lub inżynierowie dokładnie obliczają również, czy konstrukcja budynku, pojazdu, mostu itp. jest w stanie wytrzymać działające na nią siły i nie ulegnie zawaleniu.
Przykłady soal
1. Rozważ poniższy obrazek! Pręt o masie 1,5 kg jest zawieszony zawiasowo na jednym końcu prostopadle do ściany, a latarnia wisi w pewnej odległości od zawiasu. Naprężenie liny, które utrzymuje pręt w równowadze, wynosi…
Pembahasan
Wiadomo:
Masa ładunku (m 1 ) = 2 kg
Masa pręta (m 2 ) = 1,5 kg
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 m/ s2
Masa ładunku (szer.)1) = (2)(10) = 20 niutonów
Ciężar sztabki (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 N
Pytanie: Jaka jest wartość naprężenia liny, aby pręt znajdował się w równowadze?
Jawab:
Długość liny obliczamy korzystając ze wzoru Pitagorasa:
Oblicz siłę naciągu liny (T ):
Wybierz oś obrotu przy zawiasie. Rozważ moment siły działający na pręt.
Moment siły 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Moment siły 1 powoduje obrót pręta zgodnie z ruchem wskazówek zegara, w związku z czym moment siły 1 ma znak ujemny.
Moment siły 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Moment siły 2 powoduje obrót pręta zgodnie z ruchem wskazówek zegara, w związku z czym moment siły 1 ma znak ujemny.
Moment siły 3:
τ 3 = T r 3 grzech θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Moment siły 3 powoduje obrót pręta w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, w związku z czym moment siły 3 ma znak dodatni.
Aby układ był nieruchomy, wypadkowy moment siły ( Στ) = 0
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 = 20 000 niutonów
Źródło pytania:
Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych
