На предыдущем уроке физики мы изучали динамику частиц и вращательную динамику . В динамике частиц мы изучали частицы в поступательном движении ( прямолинейное движение , круговое движение , параболическое движение ). В вращательной динамике мы изучали вращающиеся твердые тела. В этой теме мы изучали объекты, находящиеся в равновесии. Существует два типа равновесия: статическое и динамическое. Согласно первому закону Ньютона, объект находится в статическом равновесии, если он находится в состоянии покоя, и в динамическом равновесии, если он движется с постоянной скоростью. В этой работе больше внимания уделяется обсуждению статического равновесия (неподвижных объектов).
Понятие равновесия твердого тела является очень важным базовым знанием и имеет множество применений в повседневной жизни, особенно в области инженерии. Понимание и расчет сил, действующих на объект в состоянии статического равновесия, очень важны, особенно для технических специалистов (архитекторов или инженеров). При проектировании чего-либо, будь то здание, мост, транспортное средство и т. д., архитекторы или инженеры также тщательно рассчитывают, способна ли конструкция здания, транспортного средства, моста и т. д. выдерживать действующие на нее силы, чтобы не обрушиться.
Примеры заданий
1. Рассмотрим следующее изображение! Стержень массой 1,5 кг закреплен на одном конце перпендикулярно стене, а на некотором расстоянии от шарнира подвешен фонарь. Натяжение веревки, необходимое для удержания стержня в равновесии, составляет…
Обсуждение
Известно:
Масса груза (м 1 ) = 2 кг
Масса стержня (м² ) = 1,5 кг
Ускорение свободного падения (g) = 10 м/ с²
Вес груза (w)1) = (2)(10) = 20 Ньютонов
Вес стержня (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 Н
Вопрос: Какова величина натяжения в веревке, при которой стержень находится в равновесии?
Jawab:
Длина веревки рассчитывается по формуле Пифагора:
Рассчитайте силу натяжения каната (T ):
Выберите ось вращения в шарнире. Учитывайте момент силы, действующей на стержень.
Момент силы 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 Н)(0,4 м) = -6 Нм
Момент силы 1 вызывает вращение стержня по часовой стрелке, так что момент силы 1 имеет отрицательный знак.
Момент силы 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 Н)(0,6 м) = -12 Нм
Момент силы 2 вызывает вращение стержня по часовой стрелке, так что момент силы 1 имеет отрицательный знак.
Момент силы 3:
τ 3 = Т r 3 sin θ = (Т)(0,8)(0,6/1) = 0,48Т
Момент силы 3 вызывает вращение стержня против часовой стрелки, так что момент силы 3 имеет положительный знак.
Для того чтобы система оставалась неподвижной, результирующий момент силы ( Στ) равен 0.
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48Т = 18
Т = 18/ 0,48
T = 37,5 Ньютонов
Источник вопроса:
Вопросы по физике для национального экзамена в старших классах средней школы/профессионального училища.
