Sadržaj

• Koraci
• Metoda 1 od 2: Određivanje vlačne sile na jednoj niti
• Metoda 2 od 2: Proračun vlačne sile na više niti

U fizici, sila povlačenja je sila koja djeluje na uže, kabel, kabel ili sličan predmet ili skupinu objekata. Sve što se užetom, kabelom, kabelom itd. Povuče, ovjesi, podupre ili njiše, podliježe sili povlačenja. Kao i sve sile, napetost može ubrzati predmete ili uzrokovati njihovo deformiranje.Sposobnost izračuna vlačne sile važna je vještina ne samo za studente fizike, već i za inženjere, arhitekte; Oni koji grade stabilne kuće moraju znati hoće li određeno uže ili kabel izdržati vučnu silu težine predmeta kako ne bi popustio ili se srušio. Počnite čitati članak kako biste saznali kako izračunati vlačnu silu u nekim fizičkim sustavima.

Koraci

Metoda 1 od 2: Određivanje vlačne sile na jednoj niti

1. 1 Odredite sile na svakom kraju niti. Vučna sila određene niti, užeta, rezultat je sila koje vuku uže sa svakog kraja. Podsjećamo vas sila = masa × ubrzanje... Pod pretpostavkom da je uže zategnuto, svaka promjena u ubrzanju ili masi predmeta obješenog na užetu promijenit će napetost u samom užetu. Ne zaboravite na konstantno ubrzanje gravitacije - čak i ako sustav miruje, njegove su komponente objekti djelovanja gravitacije. Možemo pretpostaviti da je vučna sila određenog užeta T = (m × g) + (m × a), gdje je „g” ubrzanje gravitacije bilo kojeg od objekata poduprtih užetom, a „a” je bilo koje drugo ubrzanje, koje djeluje na objekte.
   • Za rješavanje mnogih fizičkih problema, pretpostavljamo savršeno uže - drugim riječima, naše uže je tanko, nema masu i ne može se rastegnuti niti slomiti.
   • Kao primjer, razmotrimo sustav u kojem je teret ovješen na drvenu gredu pomoću jednog užeta (vidi sliku). Niti sam teret niti uže se pomiču - sustav miruje. Kao rezultat toga, znamo da, kako bi opterećenje bilo u ravnoteži, sila zatezanja mora biti jednaka sili gravitacije. Drugim riječima, sila vuče (F_t) = Gravitacija (F_g) = m × g.
     • Pretpostavimo da teret ima masu od 10 kg, pa je vlačna sila 10 kg × 9,8 m / s = 98 Newtona.
2. 2 Razmislite o ubrzanju. Gravitacija nije jedina sila koja može utjecati na silu vuče užeta - svaka sila primijenjena na objekt na užetu s ubrzanjem proizvodi isti učinak. Ako se, na primjer, objekt suspendiran na užetu ili kabelu ubrzava silom, tada se sila ubrzanja (masa × ubrzanje) dodaje vlačnoj sili koju stvara težina tog predmeta.
   • Pretpostavimo da je u našem primjeru uteg od 10 kg okačen na uže i umjesto da je pričvršćen na drvenu gredu, povučen je prema gore s ubrzanjem od 1 m / s. U ovom slučaju moramo uzeti u obzir ubrzanje tereta, kao i ubrzanje gravitacije, kako slijedi:
     • Ž_t = F_g + m × a
     • Ž_t = 98 + 10 kg × 1 m / s
     • Ž_t = 108 Newtona.
3. 3 Razmotrite kutno ubrzanje. Objekt na užetu koji se okreće oko točke koja se smatra središtem (poput njihala) vrši zatezanje užeta pomoću centrifugalne sile. Centrifugalna sila je dodatna vučna sila koju uže stvara "gurajući" ga prema unutra, tako da se teret nastavlja kretati u luku, a ne u ravnoj liniji. Što se objekt brže kreće, veća je centrifugalna sila. Centrifugalna sila (F_c) jednak je m × v / r gdje je "m" masa, "v" brzina, a "r" polumjer kruga po kojem se teret kreće.
   • Budući da se smjer i vrijednost centrifugalne sile mijenjaju ovisno o tome kako se objekt kreće i mijenja brzinu, ukupna napetost užeta uvijek je paralelna s užetom u središnjoj točki. Upamtite da sila gravitacije neprestano djeluje na objekt i povlači ga prema dolje. Dakle, ako se objekt njiše okomito, puna napetost najjači u najnižoj točki luka (za visak se to zove točka ravnoteže), kada objekt postigne najveću brzinu, i najslabiji na vrhu luka dok se objekt usporava.
   • Pretpostavimo da u našem primjeru objekt više ne ubrzava prema gore, već se njiše poput njihala. Neka naše uže bude dugačko 1,5 m, a naš teret kreće se brzinom od 2 m / s, pri prolasku kroz najnižu točku ljuljačke.Ako moramo izračunati silu zatezanja u najnižoj točki luka, kada je najveća, tada prvo moramo saznati osjeća li opterećenje u ovoj točki jednak gravitacijski pritisak, kao u stanju mirovanja - 98 Newtona. Da bismo pronašli dodatnu centrifugalnu silu, moramo riješiti sljedeće:
     • Ž_c = m × v / r
     • Ž_c = 10 × 2/1.5
     • Ž_c = 10 × 2,67 = 26,7 Newtona.
     • Dakle, ukupna napetost bit će 98 + 26,7 = 124,7 Newtona.
4. 4 Imajte na umu da se sila povlačenja zbog gravitacije mijenja kako teret putuje kroz luk. Kao što je gore navedeno, smjer i veličina centrifugalne sile mijenjaju se kako se objekt njiše. U svakom slučaju, iako sila gravitacije ostaje konstantna, neto vlačna sila zbog gravitacije promjene također. Kad je ljuljajući objekt ne na najnižoj točki luka (ravnotežna točka) gravitacija je povlači prema dolje, ali je sila povlačenja vuče prema gore pod kutom. Zbog toga se sila povlačenja mora oduprijeti dijelu sile teže, a ne cijelosti.
   • Podjela sile teže na dva vektora može vam pomoći vizualizirati ovo stanje. U bilo kojoj točki luka okomito njišućeg objekta, uže čini kut "θ" s linijom kroz točku ravnoteže i središte rotacije. Čim se njihalo počne njihati, gravitacijska sila (m × g) podijeljena je na 2 vektora - mgsin (θ), koji djeluju tangencijalno na luk u smjeru točke ravnoteže i mgcos (θ), djelujući paralelno s napetošću sile, ali u suprotnom smjeru. Napetost se može oduprijeti samo mgcos (θ) - sili usmjerenoj protiv nje - ne i cijeloj gravitacijskoj sili (osim točke ravnoteže, gdje su sve sile iste).
   • Pretpostavimo da kada se njihalo nagne 15 stupnjeva od okomice, kreće se brzinom od 1,5 m / s. Vlačnu silu ćemo pronaći sljedećim radnjama:
     • Omjer vučne sile i gravitacijske sile (T_g) = 98cos (15) = 98 (0,96) = 94,08 Newtona
     • Centrifugalna sila (F_c) = 10 × 1,5 / 1,5 = 10 × 1,5 = 15 Newtona
     • Puna napetost = T_g + F_c = 94,08 + 15 = 109,08 Newtona.
5. 5 Izračunajte trenje. Svaki objekt koji je povučen užetom i doživi silu "kočenja" od trenja drugog predmeta (ili tekućine) prenosi ovaj učinak na napetost u užetu. Sila trenja između dva objekta izračunava se na isti način kao u svakoj drugoj situaciji - pomoću sljedeće jednadžbe: Sila trenja (obično se piše kao F_r) = (mu) N, gdje je mu koeficijent sile trenja između objekata i N je uobičajena sila interakcije među objektima, ili sila kojom međusobno pritišću. Imajte na umu da se trenje u mirovanju - trenje koje nastaje kao posljedica pokušaja pokretanja objekta u mirovanju - razlikuje od trenja kretanja - trenja koje nastaje pokušajem prisiliti pokretni objekt da se nastavi kretati.
   • Pretpostavimo da se naš teret od 10 kg više ne ljulja, već se vodoravno vuče užetom. Pretpostavimo da je koeficijent trenja pri kretanju zemlje 0,5 i da se naše opterećenje kreće konstantnom brzinom, ali moramo mu dati ubrzanje od 1m / s. Ovaj problem uvodi dvije važne promjene - prvo, više ne moramo izračunavati vučnu silu u odnosu na gravitaciju, budući da naše uže ne podržava težinu. Drugo, morat ćemo izračunati napetost zbog trenja, kao i zbog ubrzanja mase tereta. Moramo odlučiti sljedeće:
     • Obična sila (N) = 10 kg & × 9,8 (Ubrzanje gravitacijom) = 98 N
     • Sila trenja pri kretanju (F_r) = 0,5 × 98 N = 49 Newtona
     • Sila ubrzanja (F_a) = 10 kg × 1 m / s = 10 Newtona
     • Ukupna napetost = F_r + F_a = 49 + 10 = 59 Newtona.

Metoda 2 od 2: Proračun vlačne sile na više niti

1. 1 Podignite okomite paralelne utege remenicom. Blokovi su jednostavni mehanizmi koji se sastoje od visećeg diska koji omogućuje promjenu smjera vučne sile užeta. U jednostavnoj konfiguraciji bloka, uže ili kabel prolazi od visećeg tereta do bloka, a zatim dolje do drugog tereta, stvarajući tako dva dijela užeta ili kabela. U svakom slučaju, napetost u svakom odjeljku bit će ista, čak i ako oba kraja povuku sile različitih veličina. Za sustav od dvije mase okomito ovješene u bloku, vlačna sila iznosi 2 g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), gdje je "g" ubrzanje gravitacije, "m₁"Je li masa prvog objekta", m₂»Je li masa drugog objekta.
   • Imajte na umu sljedeće, fizički problemi to pretpostavljaju blokovi su savršeni - nemaju masu, trenje, ne lome se, ne deformiraju i ne odvajaju se od užeta koje ih podupire.
   • Pretpostavimo da imamo dvije utege okomito ovješene na paralelnim krajevima užeta. Jedan teret ima masu od 10 kg, a drugi ima težinu od 5 kg. U ovom slučaju moramo izračunati sljedeće:
     • T = 2 g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁)
     • T = 2 (9,8) (10) (5) / (5 + 10)
     • T = 19,6 (50) / (15)
     • T = 980/15
     • T = 65,33 Newtona.
   • Imajte na umu da će, budući da je jedan uteg teži, svi ostali elementi jednaki, ovaj sustav početi ubrzavati, pa će se uteg od 10 kg pomaknuti prema dolje, prisiljavajući drugi uteg da se popne.
2. 2 Ovjesite utege pomoću blokova s ​​neparalelnim okomitim nizovima. Blokovi se često koriste za usmjeravanje vučne sile u drugom smjeru, a ne prema gore ili prema dolje. Ako je, na primjer, teret okomito ovješen s jednog kraja užeta, a drugi kraj drži teret u dijagonalnoj ravnini, tada neparalelni sustav blokova ima oblik trokuta s kutovima u točkama s prvim opterećenje, drugi i sam blok. U tom slučaju napetost u užetu ovisi i o sili gravitacije i o komponenti vučne sile koja je paralelna s dijagonalnim dijelom užeta.
   • Pretpostavimo da imamo sustav s opterećenjem od 10 kg (m₁), okomito ovješen, spojen na teret od 5 kg (m₂) koji se nalazi na nagnutoj ravnini od 60 stupnjeva (vjeruje se da ova kosina ne daje trenje). Da biste pronašli napetost u užetu, najjednostavniji je način da prvo napišete jednadžbe za sile koje ubrzavaju utege. Zatim se ponašamo ovako:
     • Viseći teret je teži, nema trenja, pa znamo da se ubrzava prema dolje. Zatezanje užeta povlači se prema gore tako da se ubrzava u odnosu na rezultirajuću silu F = m₁(g) - T, ili 10 (9,8) - T = 98 - T.
     • Znamo da teret na nagnutoj ravnini ubrzava prema gore. Budući da nema trenja, znamo da napetost vuče teret uz ravninu i povlači ga prema dolje samo svoju težinu. Komponenta sile koja povlači nagnutu računa se kao mgsin (θ), pa u našem slučaju možemo zaključiti da ubrzava u odnosu na rezultirajuću silu F = T - m₂(g) sin (60) = T - 5 (9,8) (0,87) = T - 42,14.
     • Ako ove dvije jednadžbe izjednačimo, dobivamo 98 - T = T - 42,14. Pronađite T i dobijte 2T = 140,14, ili T = 70,07 Newtona.
3. 3 Objesite objekat pomoću više niti. Za kraj, zamislimo da je objekt ovješen na sustav užeta u obliku slova Y - dva su užeta pričvršćena na strop i sastaju se u središnjoj točki iz koje dolazi treće uže s teretom. Vučna sila trećeg užeta je očita - jednostavno povlačenje zbog gravitacije ili m (g). Napetosti na druga dva užeta su različite i trebale bi dodati silu jednaku gravitaciji prema gore u okomitom položaju i nulu u oba vodoravna smjera, pod pretpostavkom da sustav miruje. Napetost užeta ovisi o težini visećih tereta i o kutu pod kojim se svako uže odbija od stropa.
   • Pretpostavimo da u našem sustavu u obliku slova Y donja težina ima masu od 10 kg i ovješena je s dva užeta, od kojih je jedno 30 stupnjeva od stropa, a drugo 60 stupnjeva. Ako moramo pronaći napetost u svakom od užeta, moramo izračunati vodoravne i okomite komponente napetosti. Da biste pronašli T.₁ (napetost u užetu, čiji je nagib 30 stupnjeva) i T₂ (napetost u tom užetu, čiji je nagib 60 stupnjeva), morate odlučiti:
     • Prema zakonima trigonometrije, odnos između T = m (g) i T₁ i T₂ jednak kosinusu kuta između svakog užeta i stropa. Za T.₁, cos (30) = 0,87, kao i za T₂, cos (60) = 0,5
     • Pomnožite napetost donjeg užeta (T = mg) s kosinusom svakog kuta da biste pronašli T₁ i T₂.
     • T₁ = 0,87 × m (g) = 0,87 × 10 (9,8) = 85,26 Newtona.
     • T₂ = 0,5 × m (g) = 0,5 × 10 (9,8) = 49 Newtona.