TRANSLACIJSKA RAVNOTEŽA: ODREĐIVANJE, PRIMJENE, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Translacijske ravnoteže je stanje u kojem se objekt kao cjelina kada se prebijaju sve sile koje djeluju na njoj, dajući kao rezultat neto snaga nula. Matematički je ekvivalentno reći kad je F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, gdje su F ₁, F ₂, F ₃… uključene sile.

Činjenica da je tijelo u translacijskoj ravnoteži ne znači da je nužno u mirovanju. To je poseban slučaj gore navedene definicije. Objekt je možda u pokretu, ali ako nema ubrzanja, to će biti jednoliko pravocrtno kretanje.

Slika 1. Translacijska ravnoteža važna je za veliki broj sportova. Izvor: Pixabay.

Dakle, ako je tijelo u mirovanju, nastavlja se ovako. A ako već ima kretanje, imat će stalnu brzinu. Općenito, gibanje bilo kojeg objekta sastav je prijevoda i rotacija. Prijevodi mogu biti prikazani na slici 2: linearni ili krivocrtni.

Ali ako je jedna od točaka objekta fiksirana, jedina šansa koju se mora pomicati je rotiranje. Primjer za to je CD, čije je središte fiksirano. CD ima mogućnost zakretanja oko osi koja prolazi kroz tu točku, ali ne i prevođenja.

Kad predmeti imaju fiksne točke ili su podržani na površinama, govorimo o vezama. Veze djeluju ograničavajući pokrete koje je objekt sposoban napraviti.

Određivanje translacijske ravnoteže

Za česticu koja je u ravnoteži vrijedi osigurati da:

F _R = 0

Ili u zbrajanju:

Jasno je da se tijelo nalazi u translacijskoj ravnoteži, a sile koje djeluju na njega moraju se na neki način kompenzirati tako da je njihova rezultirajuća vrijednost jednaka nuli.

Na taj način objekt neće doživjeti ubrzanje i sve su njegove čestice u mirovanju ili podliježu pravokutnim prijevodima stalnom brzinom.

Sad ako se predmeti mogu okretati, oni će se obično nalaziti. Zbog toga se većina pokreta sastoji od kombinacije prijevoda i rotacije.

Zakretanje predmeta

Kad je rotacijska ravnoteža važna, možda će biti potrebno osigurati da se objekt ne rotira. Stoga morate proučiti postoje li momenti ili momenti koji djeluju na to.

Moment je veličina vektora o kojoj ovise rotacije. Zahtijeva primjenu sile, ali važna je i točka primjene sile. Da bismo razjasnili ideju, razmotrite produženi objekt na koji djeluje sila F i neka vidi može li proizvesti rotaciju oko neke osi O.

Već je intuitivno da je guranjem objekta u točki P snagom F moguće obrtanje oko točke O, okretanjem u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ali također je važan smjer u kojem se sila primjenjuje. Na primjer, sila koja se primjenjuje na lik u sredini neće natjerati objekt da se okreće, iako ga sigurno može pomicati.

Slika 2. Različiti načini primjene sile na veliki objekt, samo se na slici u krajnjoj lijevoj strani postiže efekt rotacije. Izvor: self made.

Primjena sile izravno na točku O također neće okrenuti objekt. Dakle, jasno je da se za postizanje rotacijskog učinka mora primijeniti sila na određenoj udaljenosti od osi rotacije i njegova linija djelovanja ne smije proći kroz tu osovinu.

Definicija zakretnog momenta

Zakretni moment ili moment sile, označen kao τ, vektorski magnitud koji je odgovoran za spajanje svih ovih činjenica, definiran je kao:

Vektor r usmjeren je od osi rotacije do točke primjene sile i važno je sudjelovanje kuta između r i F. Stoga se veličina momenta izražava kao:

Najefikasniji zakretni moment nastaje kada su r i F okomiti.

Ako je poželjno da nema rotacije ili da se odvijaju sa stalnim kutnim ubrzanjem, potrebno je da zbroj zakretnih momenta koji djeluju na objekt bude jednak nuli, analogno onome što se smatra silama:

Ravnotežni uvjeti

Ravnoteža znači stabilnost, sklad i ravnotežu. Da bi pokret objekta imao ove karakteristike, moraju se primijeniti uvjeti opisani u prethodnim odjeljcima:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Prvi uvjet jamči translacijsku ravnotežu, a drugi, rotacijsku ravnotežu. Oboje se mora ispuniti ako bi cilj ostao u statičkoj ravnoteži (odsutnost bilo kakvog kretanja).

Prijave

Uvjeti ravnoteže primjenjivi su na mnoge građevine, jer kada se grade zgrade ili raznoliki objekti, to se vrši s namjerom da njihovi dijelovi ostanu u istim relativnim položajima jedan s drugim. Drugim riječima, objekt se ne raspada.

To je na primjer važno pri izgradnji mostova koji čvrsto stoje pod nogama ili prilikom projektiranja stambenih struktura koje ne mijenjaju položaj ili imaju tendenciju prevrtanja.

Iako se vjeruje da je jednoliko pravocrtno gibanje ekstremno pojednostavljenje pokreta, što se u prirodi rijetko događa, mora se imati na umu da je brzina svjetlosti u vakuumu konstantna, a brzina zvuka i u zraku, ako smatra sredinu homogenom.

U mnogim mobilnim konstrukcijama koje je stvorio čovjek važno je održavati konstantnu brzinu: na primjer, na pokretnim stepenicama i montažnim linijama.

Primjeri

Ovo je klasična vježba napetosti koja drži svjetiljku u ravnoteži. Poznato je da je svjetiljka teška 15 kg. Pronađite jačine naprezanja koje su potrebne da biste je zadržali u ovom položaju.

Slika 3. Ravnoteža svjetiljke jamči se primjenom uvjeta translacijske ravnoteže. Izvor: self made.

Riješenje

Da bismo to riješili, usredotočili smo se na čvor u kojem se sastaju tri žice. Odgovarajući dijagrami slobodnog tijela za čvor i za žarulju prikazani su na gornjoj slici.

Težina svjetiljke je W = 5 Kg. 9,8 m / s ² = 49 N. Da bi svjetiljka bila u ravnoteži, dovoljno je da se ispuni prvi uvjet ravnoteže:

Naponi T ₁ i T- ₂ moraju razgraditi:

To je sustav dviju jednadžbi s dvije nepoznanice, čiji je odgovor: T ₁ = 24,5 N i T ₂ = 42,4 N.

Reference

1. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 1. 7 ^ma. Ed. Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Osnove fizike. 9 ^na Ed Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: pojmovi i primjene. 7. izdanje. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fizika. Addison Wesley. 332 -346.