Penjelasan keadaan keseimbangan pertama, contoh, latihan

The Keadaan keseimbangan pertama Ia memerlukan bahawa vektor sumptorial semua daya yang bertindak pada badan adalah tidak sah, sehingga ia berehat (baki statik) atau dengan pergerakan rectilinear seragam (keseimbangan dinamik).

Jumlah kuasa ini tidak lain adalah kekuatan bersih yang bertindak pada badan, menyatakan mod ini secara matematik:

F_Jaring = 0

Σ F = 0

Rajah 1. Pembina Antiquity telah menggunakan keadaan keseimbangan pertama, seperti yang dibuktikan di Monumen Stonehenge. Sumber: Pixabay.

Di ruang angkasa, keadaan keseimbangan pertama menimbulkan tiga persamaan, satu untuk setiap dimensi:

Σ f_x = 0; Σ f_dan = 0 dan Σ f_z = 0

Apabila persamaan ini berpuas hati, objek tidak bergerak atau jika ia berlaku, ia akan dengan kelajuan tetap.

Memerhatikan di sekeliling kita, kita menyedari bahawa kita terus berusaha memenuhi syarat keseimbangan pertama supaya perkara tidak jatuh.

Oleh itu, ia bertujuan untuk mengimbangi tarikan graviti bumi melalui sokongan, tali atau sokongan sesetengah orang, sehingga keadaan tetap ada dan tidak pergi ke tanah.

Masa lain yang diperlukan adalah untuk mengelakkan medan elektromagnet luaran daripada mengganggu operasi litar elektrik dan peranti komunikasi. Dalam hal ini, ia adalah caj elektrik yang mesti seimbang.

[TOC]

Contoh

Sebilangan besar objek sehari -hari memenuhi keadaan keseimbangan pertama, ia adalah satu perkara yang memerhatikan dengan teliti:

Bangunan

Pembina mencari kestabilan dalam pembinaan supaya pengguna tetap selamat. Objektif statik adalah untuk mengkaji syarat -syarat untuk keseimbangan statik di bangunan, jambatan, jalan dan semua jenis struktur.

Higafor dan amaran tergantung

Peranti isyarat ini mesti tetap tetap untuk memenuhi fungsi mereka, oleh itu mereka tertakluk kepada kabel, jawatan dan batang sedemikian rupa sehingga keadaan keseimbangan pertama dipenuhi.

Ia boleh melayani anda: Undang -undang termodinamik ketiga: formula, persamaan, contohRajah 2. Lampu lalu lintas dan amaran gantung tertakluk sedemikian rupa sehingga memenuhi syarat keseimbangan pertama. Sumber: Pxfuel.

Pemandu keseimbangan elektrostpenthouse

Apabila bahan konduktif seperti tembaga dan logam lain memperoleh caj elektrik, baki elektrostatik ditubuhkan tidak lama lagi, meninggalkan lebihan beban di permukaan konduktif. Di dalam medan elektrik adalah sifar.

Kesan ini sering digunakan untuk mengasingkan peralatan elektrik dan elektronik medan luaran, melalui sangkar Faraday. Sangkar ini diperbuat daripada bahan konduktif dan mengelilingi peralatan yang akan dilindungi.

Semasa Kereta Ribut berkhidmat sebagai sangkar Faraday dengan melindungi penghuni dari kejutan elektrik.

Lampu siling

Dalam sistem pencahayaan, seperti lampu gantung, keadaan keseimbangan pertama digunakan untuk membetulkannya ke bumbung, ke lantai atau dinding.

Rajah 3. Lampu bumbung yang rumit yang disebut "labah -labah" memenuhi keadaan keseimbangan pertama. Sumber: Pixabay.

Buku dan Objek di Jadual

Objek yang diletakkan di atas meja dan rak memenuhi keadaan keseimbangan pertama. Daya normal yang menyokong objek bertanggungjawab untuk mengimbangi berat badan.

Ukuran kelikatan cecair

Untuk menentukan kelikatan cecair objek sfera, diameter yang diketahui, yang akan melihat kelajuannya kerana rintangan jatuh ke dalam. Kelajuan sfera adalah malar, berada dalam keseimbangan dinamik.

Kelikatan cecair yang lebih besar, kurang kelajuan yang mana sfera bergerak ke dalam.

Langkah -langkah untuk Memohon Keadaan Keseimbangan Pertama

-Buat rajah badan percuma, yang menunjukkan semua daya yang bertindak pada badan (tidak ada apa yang dilakukan oleh badan kepada orang lain).

Ia dapat melayani anda: Fizik pada Zaman Pertengahan

-Pilih sistem koordinat Cartesian, memastikan bahawa jika boleh, daya terletak di mana -mana paksi. Alamat positif biasanya diambil dalam pengertian pergerakan atau kemungkinan pergerakan.

-Tentukan komponen Cartesian setiap daya.

-Memohon undang -undang kedua Newton untuk setiap komponen, seperti yang ditetapkan pada mulanya, terdapat sistem persamaan.

-Selesaikan sistem persamaan yang dibangkitkan dalam langkah sebelumnya.

Latihan yang diselesaikan

- Latihan diselesaikan 1

Blok angka, jisim m, Ia bergerak menuruni bukit pada satah sudut θ dengan kelajuan malar. Kirakan nilai geseran kinetik μ pekali_k, Jika jisim blok adalah m = 5 kg dan θ = 37º.

Rajah 4. Slaid blok pada kelajuan berterusan pada satah cenderung. Sumber: f. Zapata.

Penyelesaian

Langkah pertama adalah untuk melukis gambarajah badan percuma dan memilih sistem koordinat Cartesian untuk menyatakan setiap vektor daya. Pasukan yang bertindak di blok adalah:

Rajah 5. Rajah badan percuma untuk blok. Sumber: f. Zapata.

-Yang normal N dilaksanakan oleh satah cenderung, berserenjang dengan permukaan ini.

-Berat badan W Ia diarahkan secara menegak.

-Geseran kinetik F_k yang menentang pergerakan. Sekiranya tidak wujud, badan akan bergerak menurun dengan pecutan sama dengan g.Senθ.

Suka berat badan W Ia cenderung berkenaan dengan paksi koordinat yang dipilih, ia mesti dipecahkan ke dalam komponen Cartesiannya:

W_x = mg.Sen 37º = 5 kg x 9.8 m/s² X Sin 37º = 29. 5 n
W_dan = mg.cos 37º = 5 kg x 9.8 m/s² x cos 37º = 39.1 n

Undang -undang kedua Newton kini digunakan, sepadan dengan setiap jumlah hingga 0, kerana blok tidak mempunyai pecutan ketika bergerak dengan kelajuan tetap:

Σ f_dan = N - w_dan = 0
Σ f_x = W_x - F_k = 0

Besarnya geseran kinetik adalah berkadar dengan magnitud yang normal, sebagai pekali geseran kinetik μ μ_k Pemalar perkadaran.

Ia dapat melayani anda: Tekanan mutlak: formula, bagaimana ia dikira, contoh, latihan

F_k = μ_k N

Pada masa yang sama:

N = w_dan = 39.1 n

Dan juga:

F_k = W_x

Oleh itu:

29. 5 n = μ_k X 39.1 n

μ_k = 29. 5/39.1 = 0.75

- Latihan diselesaikan 2

Kirakan magnitud ketegangan yang menyokong lampu lalu lintas massa 33 kg, ditunjukkan dalam gambar:

Rajah 6. Lampu lalu lintas tergantung menggunakan kabel. Sumber: Giancoli. Fizik dengan aplikasi.

Penyelesaian

Gambarajah badan percuma dilakukan baik untuk lampu isyarat dan untuk simpulan yang memegang kabel:

Rajah 7. Rajah badan percuma untuk latihan diselesaikan 2. Sumber: f. Zapata.

Lampu isyarat

Tentangnya bertindak: ketegangan t₃ naik dan berat badan turun. Oleh itu:

Σ f_dan = W - t₃ = 0

Oleh itu:

T₃ = 33 kg x 9.8 m/s² = 323.4 n

Simpul

Ketegangan memecah komponen Cartesian mereka:

Σ f_dan = T₁ Sen 53º + t₂ Sen 37º - t₃ = 0
Σ f_x = T₂ Cos 37º - t₁ Cos 53º = 0

Dan sistem persamaan linear berikut dengan dua orang yang tidak diketahui diperoleh₁  dan t₂ :

- 0.6 t₁ + 0.8 t₂ = 0
0.8 t₁ + 0.6 t₂ = 323.4

Penyelesaian sistem persamaan ini adalah: t₁ = 258.7 N dan T₂ = 194.0 n

Tema minat

Keadaan keseimbangan.

Keadaan keseimbangan kedua.

Rujukan

1. Bedford, 2000. Ke. Mekanik untuk Kejuruteraan: Statik. Addison Wesley.
2. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 4. Sistem zarah. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6th. Ed Prentice Hall.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizik universiti dengan fizik moden. Ke -14. Ed. Jilid 1.
5. Wikipedia. Statik (mekanikal). Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.