Садржај

• Кораци

У физици, напетост жице је сила коју врше жица, кабл или сличан предмет на један или више других предмета. Све што се вуче, веша, покреће или њише на канапу ствара напетост. Као и друге силе, затезање струне може променити брзину предмета или га деформисати. Прорачун напетости жица је важна вештина не само за студенте физике, већ и за инжењере и архитекте који морају да израчунају како би знали може ли жица која се користи издржати напетост жице. ударни објекат пре пуштања ручице ослонца. Прочитајте 1. корак да бисте сазнали како израчунати напетост у систему са више тела.

Кораци

Метод 1 од 2: Одредите затезну силу појединачне жице

1. 

   
   
   Одредите напетост на крајевима жице. Напетост на жици резултат је подвргавања напетости са оба краја. Поновите формулу „сила = маса × убрзање. Под претпоставком да је жица повучена врло чврсто, свака промена тежине или убрзања предмета мења напетост.Не заборавите на фактор убрзања изазван силом - чак и ако систем мирује, све у систему ће и даље патити од ове силе. Имамо формулу напетости Т = (м × г) + (м × а), где је „г“ убрзање услед гравитације предмета у систему, а „а“ специфично убрзање објекта.
   • У физици, да бисмо решавали проблеме, често претпостављамо да је жица под „идеалним условима“ - то јест, жица у употреби је врло јака, нема масу или занемарљиву масу и не може да се еластично или пукне.
   • На пример, размотрите систем предмета који се састоји од тегова који виси о ужету, као што је приказано на слици. Оба објекта се не померају јер су у стању мировања. Положај, знамо да са тежином у равнотежи напетост ужета која делује на њу мора бити једнака гравитацији. Другим речима, Форце (Ф_т) = Гравитација (Ф._г) = м × г.
     • Под претпоставком тежине од 10 к сила затезања је 10 кг × 9,8 м / с = 98 Њутн.

2. 

   
   
   Сада додајмо убрзање. Иако сила није једини фактор који утиче на силу затезања, свака друга сила повезана са убрзањем предмета који држи низ има исту способност. На пример, ако применимо силу која мења кретање висећег предмета, сила убрзања тог предмета (маса × убрзање) биће додата вредности силе затезања.
   • У нашем примеру: Нека тежина од 10 кг виси на ужету, али уместо претходно причвршћене за дрвену греду, сада повлачимо уже вертикално убрзањем од 1 м / с. У овом случају морамо укључити убрзање тежине као и гравитацију. Израчун је следећи:
     • Ф_т = Ф._г + м × а
     • Ф_т = 98 + 10 кг × 1 м / с
     • Ф_т = 108 Њутна.

3. 

   
   
   Израчунати убрзање ротације. Предмет који се ротира ротира у фиксном центру кроз низ (попут клатна) производи напетост засновану на радијалној сили. Радијална сила такође игра додатну улогу у напетости јер такође "вуче" предмет према унутра, али овде уместо да вуче у правом смеру, вуче у луку. Што се објект брже окреће, већа је радијална сила. Радијална сила (Ф_ц) израчунава се помоћу формуле м × в / р где је „м“ маса, „в“ брзина, а „р“ полупречник круга који садржи лук предмета.
   • Пошто се смер и величина радијалне силе мењају како се објект креће, тако се мења и укупна сила затезања, јер та сила вуче предмет у правцу паралелном низу и према центру. Такође запамтите да гравитација увек игра улогу у исправном линеарном смеру. Укратко, ако се објекат љуља у правом смеру, тада ће напетост жице бити максимализирајућа у најнижој тачки лука (са клатном то називамо равнотежни положај), када знамо да објект ће се тамо најбрже кретати и најсјајнији на ивицама.
   • И даље користимо пример тега и ужета, али уместо да га вучемо, пустимо да се тег њише као клатно. Претпоставимо да је уже дуго 1,5 метра и да се тег креће брзином од 2 м / с када је у равнотежи. Да бисмо израчунали напетост у овом случају, морамо израчунати напетост услед гравитације као да није у покрету као 98 Њутна, а затим израчунати додатну радијалну силу на следећи начин:
     • Ф_ц = м × в / р
     • Ф_ц = 10 × 2/1.5
     • Ф_ц = 10 × 2,67 = 26,7 Њутна.
     • Дакле, укупна напетост је 98 + 26,7 = 124,7 Њутн.

4. 

   Схватите да ће напетост жице бити различита у различитим положајима предмета на луку у покрету. Као што је горе поменуто, и смер и величина радијалне силе објекта се мењају како се објект креће. Међутим, иако гравитација остаје иста, напетост коју ствара гравитација и даље ће се мењати као и обично! Када је предмет у равнотежи, сила гравитације ће бити вертикална, а такође и сила затезања, али када је предмет у другом положају, ове две силе ће заједно створити одређени угао. Због тога силе затезања "неутралишу" део гравитације уместо да се потпуно стопе.
   • Подјела гравитације на два вектора помоћи ће вам да боље видите ову дефиницију. У било којој тачки у правцу кретања објекта вертикално, низ ствара угао „θ“ са стазом од центра до равнотежног положаја објекта. Приликом кретања, гравитација (м × г) ће бити подељена на два вектора - мгсин (θ) асимптотичан луку који се креће ка равнотежном положају. А мгцос (θ) је паралелан напетости у супротном смеру. Стога видимо да напетост мора бити само према мгцос (θ) - његовој реакцији - не према целој гравитацији (осим када је предмет у равнотежи, те силе су у истом смеру и смеру).
   • Сада пропустите шејкер са вертикалним углом од 15 степени, крећући се брзином од 1,5 м / с. Дакле, напетост израчунавамо на следећи начин:
     • Влачна сила створена гравитацијом (Т._г) = 98кос (15) = 98 (0,96) = 94,08 Њутна
     • Радијална сила (Ф_ц) = 10 × 1,5 / 1,5 = 10 × 1,5 = 15 Њутна
     • Укупна сила = Т._г + Ф_ц = 94.08 + 15 = 109.08 Њутн.

5. 

   Израчунати силу трења. Било који предмет који се вуче ствара силу „вуче“ трењем о површину другог предмета (или течности) и та сила донекле мења силу затезања. Сила трења 2 предмета у овом случају такође ће се израчунати на начин на који то обично радимо: Сила која се затвара (обично се означава као Ф_р) = (му) Н, где је му коефицијент трења, где је Н сила коју врше два предмета, или сила притиска једног предмета на други. Имајте на уму да се статичко трење разликује од динамичког трења - статичко трење је резултат узроковања померања предмета из стања мировања у кретање и то динамичко трење настаје задржавајући предмет да настави своје кретање.
   • Претпоставимо да имамо тежину од 10 кг, али сада се вуче по поду водоравно. Нека је коефицијент динамичког трења пода 0,5, а почетна тежина има константну брзину, али сада је додајемо убрзањем од 1 м / с. Овај нови проблем има две важне промене - Прво, више не израчунавамо напетост услед гравитације, јер се напетост и гравитација међусобно не поништавају. Друго, морамо додати трење и убрзање. Израчун изгледа овако:
     • Нормална сила (Н) = 10 кг × 9,8 (убрзање гравитације) = 98 Н
     • Динамичка сила трења (Ф_р) = 0,5 × 98 Н = 49 Њутна
     • Сила убрзања (Ф_а) = 10 кг × 1 м / с = 10 Њутна
     • Укупна сила затезања = Ф._р + Ф_а = 49 + 10 = 59 Њутн.
   реклама

Метод 2 од 2: Одређивање силе затезања система више жица

1. 

   Користите ременице за повлачење пакета у паралелном смеру. Колотур је једноставна механичка машина која се састоји од кружног диска који мења смер силе. У једноставном систему ременица, конопац или кабл се пење на ременицу, а затим поново надоле, формирајући двожични систем. Међутим, без обзира на то колико интензивно вучете тежак предмет, напетост две „жице“ је једнака. У систему од 2 такве тежине и 2 такве жице, сила затезања је једнака 2г (м₁) (м₂) / (м₂+ м₁), где је "г" убрзање гравитације, "м₁"је маса предмета 1, а" м₂"је маса предмета 2.
   • Имајте на уму да ћемо у физици обично применити „идеалну ременицу“ - без тежине или занемариве масе, без трења, ременица не отказује или пада са машине. Такве претпоставке било би много лакше израчунати.
   • На пример, имамо 2 утега који вертикално висе на 2 ременице. Тежина 1 тежи 10 кг, воће 2 тежи 5 кг. Сила затезања израчунава се на следећи начин:
     • Т = 2г (м₁) (м₂) / (м₂+ м₁)
     • Т = 2 (9,8) (10) (5) / (5 + 10)
     • Т = 19,6 (50) / (15)
     • Т = 980/15
     • Т = 65.33 Њутна.
   • Имајте на уму, јер постоји један тег и једно светло, систем ће се померити, тег ће се померити надоле, а мала тежина ће бити супротно.
2. Користите ременице за повлачење пакета у непаралелном смеру. Обично користите ременицу за подешавање смера предмета који иде горе или доле. Али ако један тег правилно виси на једном крају ужета, други је на нагнутој равни, тада ће један сада имати непаралелни систем ременице који се састоји од ременице и две тежине. Влачна сила ће сада имати додатни ефекат гравитације и вуче на нагнутој равни.
   • За вертикалну тежину од 10 кг (м₁) и тег на нагнутој равни тежак 5 кг (м₂), нагнута раван је створена према поду под углом од 60 степени (под претпоставком да раван има занемарљиво трење). Да бисте израчунали напетост, прво пронађите прорачун силе кретања тегова:
     • Равно виси тег је тежи, а пошто се трење не узима у обзир, систем ће се кретати надоле у ​​смеру тега. Напетост жице ће је сада повући према горе, па ће сила кретања морати да одузме напетост: Ф = м₁(г) - Т, или 10 (9,8) - Т = 98 - Т.
     • Знамо да ће тегови на нагнутој равни бити повучени. Пошто је трење елиминисано, напетост вуче тег нагоре, а само га тежина вуче. Компонента која вуче тежину коју смо поставили је син (θ). Дакле, у овом случају израчунавамо силу вуче тегова као: Ф = Т - м₂(г) син (60) = Т - 5 (9,8) (. 87) = Т - 42,63.
     • Убрзање два објекта је једнако, имамо (98 - Т) / м₁ = Т - 42,63 / м₂. Одатле се рачуна Т = 79,54 Њутна.

3. 

   Тамо где многе жице вешају исти предмет. На крају, размотрите систем предмета у облику слова „И“ - две жице везане за плафон на другом крају повезане заједно и повезане трећом жицом и једним крајем треће жице која веша тег. Напетост треће жице је већ тачно испред нас - то је једноставно гравитација, Т = мг. Сила затезања струна 1 и 2 је различита и њихова укупна напетост мора бити једнака гравитацији у вертикалном смеру и нула ако је водоравна, под претпоставком да тело мирује. На затезање сваке жице утичу тежина и угао створени ужетом до плафона.
   • Претпоставимо да је наш систем у облику слова И који виси кроз њега тежак 10 кг, угао направљен од две жице са плафоном је 30 степени, односно 60 степени. Ако желимо да израчунамо напетост сваке жице, морамо узети у обзир хоризонталну и вертикалну напетост сваке компоненте. Даље, ове две жице су окомите једна на другу, што олакшава израчунавање применом квантног система у троуглу:
     • Однос Т.₁ или Т.₂ а Т = м (г) је једнако синусним вредностима углова створених жицом која одговара плафону. Добијамо Т.₁, син (30) = 0,5 и Т₂, син (60) = 0,87
     • Помножите напетост треће жице (Т = мг) са синусном вредношћу сваког угла да бисте пронашли Т₁ и т₂.
     • Т.₁ = .5 × м (г) = .5 × 10 (9.8) = 49 Њутн.
     • Т.₂ = .87 × м (г) = .87 × 10 (9.8) = 85.26 Њутн.
   реклама