Përmbajtje

• Hapa
• Metoda 1 nga 2: Përcaktimi i forcës tërheqëse në një fije të vetme
• Metoda 2 nga 2: Llogaritja e forcës tërheqëse në vargje të shumta

Në fizikë, një forcë tërheqëse është një forcë që vepron në një litar, kordon, kabllo ose një objekt ose grup objektesh të ngjashme. Çdo gjë që tërhiqet, pezullohet, mbështetet ose tundet nga një litar, kordon, kabllo etj., I nënshtrohet një force tërheqëse. Ashtu si të gjitha forcat, tensioni mund të përshpejtojë objektet ose të shkaktojë deformimin e tyre.Aftësia për të llogaritur forcën tërheqëse është një aftësi e rëndësishme jo vetëm për studentët e fizikës, por edhe për inxhinierët, arkitektët; Ata që ndërtojnë shtëpi të qëndrueshme duhet të dinë nëse një litar ose kabllo e veçantë do t'i rezistojë forcës tërheqëse të peshës së objektit në mënyrë që të mos bjerë ose të shembet. Filloni të lexoni artikullin për të mësuar se si të llogarisni forcën tërheqëse në disa sisteme fizike.

Hapa

Metoda 1 nga 2: Përcaktimi i forcës tërheqëse në një fije të vetme

1. 1 Përcaktoni forcat në secilin skaj të fillit. Forca tërheqëse e një fije të caktuar, litari, është rezultat i forcave që tërheqin litarin në çdo skaj. Ju kujtojme forcë = masë × nxitim... Duke supozuar se litari është i tendosur, çdo ndryshim në nxitimin ose masën e një objekti të pezulluar nga litari do të ndryshojë tensionin në vetë litarin. Mos harroni për përshpejtimin e vazhdueshëm të gravitetit - edhe nëse sistemi është në qetësi, përbërësit e tij janë objekte të veprimit të gravitetit. Mund të supozojmë se forca tërheqëse e një litari të caktuar është T = (m × g) + (m × a), ku “g” është nxitimi i gravitetit të ndonjërit prej objekteve të mbështetur nga litari, dhe “a” është çdo nxitim tjetër, që vepron në objekte.
   • Për të zgjidhur shumë probleme fizike, supozojmë litar perfekt - me fjalë të tjera, litari ynë është i hollë, nuk ka masë dhe nuk mund të shtrihet ose të prishet.
   • Si shembull, le të marrim parasysh një sistem në të cilin një ngarkesë pezullohet nga një rreze druri duke përdorur një litar të vetëm (shiko figurën). As ngarkesa as litari nuk lëviz - sistemi është në pushim. Si rezultat, ne e dimë që që ngarkesa të jetë në ekuilibër, forca e tensionit duhet të jetë e barabartë me forcën e gravitetit. Me fjalë të tjera, tërheqja e forcës (F_t) = Graviteti (F_g) = m × g.
     • Supozoni se ngarkesa ka një masë prej 10 kg, prandaj, forca tërheqëse është 10 kg × 9.8 m / s = 98 Njutonë
2. 2 Konsideroni nxitimin. Graviteti nuk është forca e vetme që mund të ndikojë në forcën tërheqëse të një litari - çdo forcë e aplikuar në një objekt në litar me nxitim prodhon të njëjtin efekt. Nëse, për shembull, një objekt i pezulluar nga një litar ose kabllo përshpejtohet nga një forcë, atëherë forca e nxitimit (nxitimi i masës)) i shtohet forcës tërheqëse të krijuar nga pesha e atij objekti.
   • Supozoni, në shembullin tonë, një peshë prej 10 kg pezullohet në një litar, dhe në vend që të lidhet me një rreze druri, ajo tërhiqet lart me një përshpejtim prej 1 m / s. Në këtë rast, ne duhet të marrim parasysh përshpejtimin e ngarkesës, si dhe nxitimin e gravitetit, si më poshtë:
     • F_t = F_g + m × a
     • F_t = 98 + 10 kg × 1 m / s
     • F_t = 108 Njutonë.
3. 3 Konsideroni nxitimin këndor. Një objekt në një litar që rrotullohet rreth një pike të konsideruar si qendra (si një lavjerrës) ushtron tension mbi litarin përmes forcës centrifugale. Forca centrifugale është forca tërheqëse shtesë që krijon litari duke e "shtyrë" atë brenda, në mënyrë që ngarkesa të vazhdojë të lëvizë në një hark dhe jo në një vijë të drejtë. Sa më shpejt të lëvizë objekti, aq më e madhe është forca centrifugale. Forca centrifugale (F_c) është e barabartë me m × v / r ku "m" është masa, "v" është shpejtësia dhe "r" është rrezja e rrethit përgjatë së cilës lëviz ngarkesa.
   • Meqenëse drejtimi dhe vlera e forcës centrifugale ndryshojnë në varësi të mënyrës sesi objekti lëviz dhe ndryshon shpejtësinë e tij, tensioni i përgjithshëm në litar është gjithmonë paralel me litarin në pikën qendrore. Mos harroni se forca e gravitetit vepron vazhdimisht mbi objektin dhe e tërheq atë poshtë. Pra, nëse objekti po lëkundet vertikalisht, tension i plotë me i forti në pikën më të ulët të harkut (për një lavjerrës kjo quhet pika e ekuilibrit), kur objekti arrin shpejtësinë e tij maksimale, dhe me i dobeti në krye të harkut ndërsa objekti ngadalësohet.
   • Le të supozojmë se në shembullin tonë, objekti nuk po përshpejtohet lart, por lëkundet si një lavjerrës. Lëreni litarin tonë të jetë 1.5 m i gjatë, dhe ngarkesa jonë lëviz me një shpejtësi prej 2 m / s, kur kalon nëpër pikën më të ulët të lëkundjes.Nëse duhet të llogarisim forcën e tensionit në pikën më të ulët të harkut, kur është më e madhe, atëherë së pari duhet të zbulojmë nëse ngarkesa po përjeton presion të barabartë graviteti në këtë pikë, si në gjendjen e pushimit - 98 Njutonë. Për të gjetur forcë shtesë centrifugale, duhet të zgjidhim sa vijon:
     • F_c = m × v / r
     • F_c = 10 × 2/1.5
     • F_c = 10 × 2.67 = 26.7 Njutonë.
     • Kështu, tensioni total do të jetë 98 + 26.7 = 124.7 Njutonë.
4. 4 Vini re se forca tërheqëse për shkak të gravitetit ndryshon ndërsa ngarkesa udhëton nëpër hark. Siç u përmend më lart, drejtimi dhe madhësia e forcës centrifugale ndryshon ndërsa objekti lëkundet. Në çdo rast, edhe pse forca e gravitetit mbetet konstante, forca tërheqëse neto për shkak të gravitetit ndryshon gjithashtu. Kur objekti lëkundës është jo në pikën më të ulët të harkut (pika e ekuilibrit), graviteti e tërheq atë poshtë, por forca tërheqëse e tërheq atë në një kënd. Për këtë arsye, forca tërheqëse duhet t'i rezistojë një pjese të forcës së gravitetit, dhe jo tërësisë së saj.
   • Ndarja e forcës së gravitetit në dy vektorë mund t'ju ndihmojë të përfytyroni këtë gjendje. Në çdo pikë në harkun e një objekti vertikalisht të lëkundur, litari bën një kënd "θ" me një vijë përmes pikës së ekuilibrit dhe qendrës së rrotullimit. Sapo lavjerrësi fillon të lëkundet, forca gravitacionale (m × g) ndahet në 2 vektorë - mgsin (θ), duke vepruar në mënyrë tangjenciale me harkun në drejtim të pikës së ekuilibrit dhe mgcos (θ), duke vepruar paralelisht me tensionin forcë, por në drejtim të kundërt. Tensioni mund t'i rezistojë vetëm mgcos (θ) - forcës së drejtuar kundër tij - jo të gjithë forcës gravitacionale (përveç pikës së ekuilibrit, ku të gjitha forcat janë të njëjta).
   • Le të supozojmë se kur lavjerrësi anohet 15 gradë nga vertikali, ai lëviz me një shpejtësi prej 1.5 m / s. Ne do të gjejmë forcën tërheqëse nga veprimet e mëposhtme:
     • Raporti i forcës tërheqëse me forcën gravitacionale (T_g) = 98kos (15) = 98 (0.96) = 94.08 Njutonë
     • Forca centrifugale (F_c) = 10 × 1.5 / 1.5 = 10 × 1.5 = 15 Njutonë
     • Tension i plotë = T_g + F_c = 94,08 + 15 = 109.08 Njutonë.
5. 5 Llogaritni fërkimin. Çdo objekt që tërhiqet nga litari dhe përjeton një forcë "frenimi" nga fërkimi i një objekti tjetër (ose lëngu) e transferon këtë efekt në tensionin në litar. Forca e fërkimit midis dy objekteve llogaritet në të njëjtën mënyrë si në çdo situatë tjetër - duke përdorur ekuacionin e mëposhtëm: Forca e fërkimit (zakonisht e shkruar si F_r) = (mu) N, ku mu është koeficienti i forcës së fërkimit midis objekteve dhe N është forca e zakonshme e ndërveprimit midis objekteve, ose forca me të cilën ata shtypin mbi njëri -tjetrin. Vini re se fërkimi në pushim - fërkimi që ndodh si rezultat i përpjekjes për të sjellë një objekt në qetësi në lëvizje - është i ndryshëm nga fërkimi i lëvizjes - fërkimi që rezulton nga përpjekja për të detyruar një objekt lëvizës të vazhdojë të lëvizë.
   • Le të supozojmë se ngarkesa jonë prej 10 kg nuk lëkundet, tani po tërhiqet horizontalisht me një litar. Supozoni se koeficienti i fërkimit të lëvizjes së tokës është 0.5 dhe ngarkesa jonë po lëviz me një shpejtësi konstante, por ne duhet t'i japim asaj një përshpejtim prej 1m / s. Ky problem prezanton dy ndryshime të rëndësishme - së pari, ne nuk kemi më nevojë të llogarisim forcën tërheqëse në lidhje me gravitetin, pasi litari ynë nuk e mban peshën. Së dyti, do të duhet të llogarisim tensionin për shkak të fërkimit, si dhe për shkak të përshpejtimit të masës së ngarkesës. Ne duhet të vendosim sa më poshtë:
     • Forca e zakonshme (N) = 10 kg & × 9.8 (përshpejtimi nga graviteti) = 98 N
     • Forca e fërkimit të lëvizjes (F_r) = 0.5 × 98 N = 49 Njutonë
     • Forca e nxitimit (F_a) = 10 kg × 1 m / s = 10 Njutonë
     • Tensioni total = F_r + F_a = 49 + 10 = 59 Njutonë

Metoda 2 nga 2: Llogaritja e forcës tërheqëse në vargje të shumta

1. 1 Ngrini peshat vertikale paralele me një rrotull. Blloqet janë mekanizma të thjeshtë të përbërë nga një disk i pezulluar që lejon që drejtimi i forcës tërheqëse të litarit të përmbyset. Në një konfigurim të thjeshtë të bllokut, litari ose kabllo kalon nga ngarkesa e pezulluar deri në bllok, pastaj poshtë në një ngarkesë tjetër, duke krijuar kështu dy seksione të litarit ose kabllit. Në çdo rast, tensioni në secilën prej seksioneve do të jetë i njëjtë, edhe nëse të dy skajet tërhiqen nga forca të madhësive të ndryshme. Për një sistem prej dy masash të pezulluara vertikalisht në një bllok, forca tërheqëse është 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), ku "g" është nxitimi i gravitetit, "m₁"A është masa e objektit të parë", m₂»Theshtë masa e objektit të dytë.
   • Vini re sa vijon, problemet fizike supozojnë se blloqet janë perfekte - nuk kanë masë, fërkime, ato nuk prishen, nuk deformohen dhe nuk ndahen nga litari që i mbështet.
   • Le të supozojmë se kemi dy pesha të pezulluara vertikalisht në skajet paralele të litarit. Njëra ngarkesë ka një masë prej 10 kg, dhe tjetra ka një peshë prej 5 kg. Në këtë rast, ne duhet të llogarisim sa vijon:
     • T = 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁)
     • T = 2 (9.8) (10) (5) / (5 + 10)
     • T = 19.6 (50) / (15)
     • T = 980/15
     • T = 65.33 Njutonë.
   • Vini re se, meqenëse një peshë është më e rëndë, të gjithë elementët e tjerë janë të barabartë, ky sistem do të fillojë të përshpejtohet, prandaj, një peshë prej 10 kg do të lëvizë poshtë, duke e detyruar peshën e dytë të rritet.
2. 2 Pezulloni peshat duke përdorur blloqe me tela vertikale jo paralele. Blloqet shpesh përdoren për të drejtuar forcën tërheqëse në një drejtim tjetër përveç lart ose poshtë. Nëse, për shembull, një ngarkesë pezullohet vertikalisht nga një skaj i litarit, dhe skaji tjetër e mban ngarkesën në një plan diagonal, atëherë sistemi jo-paralel i blloqeve merr formën e një trekëndëshi me kënde në pikat me të parën ngarkesa, e dyta dhe vetë blloku. Në këtë rast, tensioni në litar varet si nga forca e gravitetit ashtu edhe nga përbërësi i forcës tërheqëse, e cila është paralele me pjesën diagonale të litarit.
   • Le të supozojmë se kemi një sistem me një ngarkesë prej 10 kg (m₁), të pezulluar vertikalisht, të lidhur me një ngarkesë prej 5 kg (m₂) e vendosur në një rrafsh të prirur prej 60 gradë (besohet se kjo pjerrësi nuk jep fërkime). Për të gjetur tensionin në litar, mënyra më e lehtë është që së pari të shkruani ekuacionet për forcat që përshpejtojnë peshat. Tjetra, ne veprojmë kështu:
     • Ngarkesa e pezulluar është më e rëndë, nuk ka fërkime, kështu që ne e dimë që po përshpejtohet poshtë. Tensioni në litar tërhiqet lart në mënyrë që të përshpejtohet në lidhje me forcën rezultuese F = m₁(g) - T, ose 10 (9.8) - T = 98 - T.
     • Ne e dimë që një ngarkesë në një aeroplan të prirur përshpejtohet lart. Meqenëse nuk ka fërkime, ne e dimë se tensioni tërheq ngarkesën lart në aeroplan dhe e tërheq atë poshtë vetem pesha juaj Komponenti i forcës që tërheq atë të pjerrët llogaritet si mgsin (θ), kështu që në rastin tonë mund të konkludojmë se po përshpejtohet në lidhje me forcën rezultuese F = T - m₂(g) mëkati (60) = T - 5 (9.8) (0.87) = T - 42.14.
     • Nëse i barazojmë këto dy ekuacione, marrim 98 - T = T - 42.14. Gjeni T dhe merrni 2T = 140.14, ose T = 70.07 Njutonë.
3. 3 Përdorni fije të shumta për të varur objektin. Për të përfunduar, le të imagjinojmë se objekti është pezulluar nga një sistem litar "në formë Y" - dy litarë janë fiksuar në tavan dhe takohen në pikën qendrore nga e cila vjen litari i tretë me një ngarkesë. Forca tërheqëse e litarit të tretë është e qartë - një tërheqje e thjeshtë për shkak të gravitetit ose m (g). Tensionet në dy litarët e tjerë janë të ndryshëm dhe duhet të shtojnë një forcë të barabartë me gravitetin lart në pozicionin vertikal dhe zero në të dy drejtimet horizontale, duke supozuar se sistemi është në pushim. Tensioni në litar varet nga pesha e ngarkesave të pezulluara dhe nga këndi me të cilin çdo litar devijohet nga tavani.
   • Le të supozojmë se në sistemin tonë në formë Y, pesha e poshtme ka një masë prej 10 kg dhe është pezulluar nga dy litarë, njëra prej të cilave është 30 gradë nga tavani dhe tjetra është 60 gradë. Nëse duhet të gjejmë tensionin në secilën prej litarëve, duhet të llogarisim përbërësit horizontalë dhe vertikalë të tensionit. Për të gjetur T₁ (tension në litar, pjerrësia e të cilit është 30 gradë) dhe T₂ (tensioni në atë litar, pjerrësia e të cilit është 60 gradë), duhet të vendosni:
     • Sipas ligjeve të trigonometrisë, marrëdhënia midis T = m (g) dhe T₁ dhe T₂ e barabartë me kosinusin e këndit midis secilit prej litarëve dhe tavanit. Për T₁, cos (30) = 0.87, si për T₂, cos (60) = 0.5
     • Shumëzoni tensionin në litarin e poshtëm (T = mg) me kosinusin e secilit kënd për të gjetur T₁ dhe T₂.
     • T₁ = 0.87 × m (g) = 0.87 × 10 (9.8) = 85.26 Njutonë.
     • T₂ = 0.5 × m (g) = 0.5 × 10 (9.8) = 49 Njutonë.