Berapakah keseimbangan zarah? (Dengan contoh)

Dia keseimbangan zarah Ia adalah keadaan di mana zarah adalah apabila daya luaran yang bertindak ke atasnya dibatalkan antara satu sama lain. Ini bermaksud bahawa ia mengekalkan keadaan yang tetap, sehingga dapat terjadi dalam dua cara yang berbeza bergantung pada keadaan tertentu.

Yang pertama adalah dalam keseimbangan statik, di mana zarah tidak bergerak; Dan yang kedua adalah keseimbangan dinamik, di mana jumlah daya dibatalkan, tetapi namun zarah mempunyai pergerakan rectilinear seragam.

Rajah 1. Pembentukan batuan keseimbangan. Sumber: Pixabay.

Model zarah adalah pendekatan yang sangat berguna untuk mengkaji pergerakan badan. Ia terdiri daripada mengandaikan bahawa seluruh jisim badan tertumpu dalam satu titik, tanpa mengira saiz objek. Dengan cara ini anda boleh mewakili planet, kereta, elektron atau bola biliard.

[TOC]

Daya yang terhasil

Pada titik yang mewakili objek adalah di mana daya yang mempengaruhi ia bertindak. Semua kuasa ini boleh digantikan oleh satu yang membuat kesan yang sama, yang dipanggil mengakibatkan daya Sama ada Kuasa bersih Dan ia dilambangkan sebagai f_R atau f_N.

Menurut undang -undang kedua Newton, apabila terdapat kekuatan yang tidak seimbang, tubuh mengalami pecutan berkadar untuk memaksa:

F_R = m.ke

Di mana ke Adalah pecutan bahawa objek memperoleh terima kasih kepada tindakan pasukan dan m Ia adalah jisim objek. Apa yang berlaku jika badan tidak dipercepat? Tepat apa yang ditunjukkan pada mulanya: badan sedang berehat atau bergerak dengan pergerakan rectilinear seragam, yang tidak mempunyai pecutan.

Untuk zarah secara seimbang adalah sah untuk memastikan bahawa:

F_R = 0

Seperti menambahkan vektor tidak semestinya menyiratkan modul, vektor mesti terurai. Oleh itu, adalah sah untuk menyatakan:

F_x = m.ke_x = 0; F_dan = m.ke_dan = 0; F_z = m.ke_z = 0

Rajah badan percuma

Untuk memvisualisasikan daya yang bertindak pada zarah, gambarajah badan bebas harus dibuat, di mana semua daya yang bertindak pada objek diwakili oleh anak panah.

Boleh melayani anda: magnetosfera bumi: ciri, struktur, gas

Persamaan sebelumnya adalah sifat vektor. Dengan menguraikan kekuatan, mereka dibezakan dengan tanda -tanda. Dengan cara ini dimungkinkan bahawa jumlah komponennya menjadi sifar.

Berikut adalah petunjuk penting bagi lukisan yang berguna:

- Pilih sistem rujukan di mana jumlah kuasa terbesar terletak di paksi koordinat.

- Beratnya selalu ditarik secara menegak.

- Sekiranya terdapat dua atau lebih permukaan yang bersentuhan, terdapat daya normal, yang selalu ditarik dengan menolak badan dan tegak lurus ke permukaan yang mengerjakannya.

- Untuk zarah dalam keseimbangan mungkin terdapat geseran selari dengan permukaan sentuhan dan menentang pergerakan yang mungkin, jika zarah dipertimbangkan pada rehat, atau pasti dalam pembangkang, jika zarah bergerak dengan MRU (pergerakan rektiliner seragam).

- Sekiranya terdapat tali, ketegangan selalu ditarik dan menarik badan.

Cara untuk menerapkan keadaan keseimbangan

Rajah 2. Dua kuasa yang digunakan dengan cara yang berbeza pada badan yang sama. Sumber: Diri Diri.

Dua daya magnitud dan arah yang sama dan deria bertentangan

Rajah 2 menunjukkan zarah di mana dua daya bertindak. Dalam angka di sebelah kiri zarah menerima tindakan dua daya f₁ dan f₂ yang mempunyai magnitud yang sama dan bertindak dalam arah yang sama dan dalam deria bertentangan.

Zarah adalah seimbang, tetapi dengan maklumat yang diberikan tidak mungkin untuk mengetahui sama ada baki statik atau dinamik. Maklumat lanjut mengenai sistem rujukan inersia diperlukan dari mana objek diperhatikan.

Dua daya magnitud yang berbeza, arah yang sama dan deria bertentangan

Angka pusat menunjukkan zarah yang sama, yang kali ini tidak dalam keseimbangan, kerana magnitud daya f₂ lebih besar daripada f₁. Oleh itu, terdapat daya yang tidak seimbang dan objek mempunyai pecutan ke arah yang sama seperti f₂.

Boleh melayani anda: undang -undang darcy

Dua daya magnitud yang sama dan arah yang berbeza

Akhirnya dalam angka di sebelah kanan kita melihat badan yang tidak seimbang sama ada. Walaupun f₁ dan f₂ Mereka mempunyai magnitud yang sama, daya f₂ Ia tidak berada dalam arah yang sama dengan 1. Komponen menegak f₂ Ia tidak diatasi oleh yang lain dan zarah mengalami pecutan ke arah itu.

Tiga pasukan dengan arah yang berbeza

Bolehkah zarah yang dikemukakan kepada tiga daya menjadi seimbang? Ya, selagi ketika meletakkan hujung masing -masing, angka yang dihasilkan adalah segitiga. Dalam kes ini jumlah vektor adalah batal.

Rajah 3. Zarah tertakluk kepada tindakan 3 daya boleh seimbang. Sumber: Diri Diri.

Geseran

Daya yang sering campur tangan dalam keseimbangan zarah adalah geseran statik. Ia disebabkan oleh interaksi objek yang diwakili oleh zarah dengan permukaan yang lain. Sebagai contoh, buku dalam keseimbangan statik pada jadual cenderung dimodelkan sebagai zarah dan mempunyai gambarajah badan percuma seperti yang berikut:

Rajah 4. Rajah badan percuma buku di atas kapal terbang yang cenderung. Sumber: Diri Diri.

Daya yang menghalang buku daripada tergelincir melalui permukaan satah cenderung dan kekal berehat adalah geseran statik. Ia bergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan, yang mikroskopik mempunyai kekasaran dengan puncak yang terkunci, pergerakan menghalang.

Nilai geseran statik maksimum berkadar dengan daya normal, yang menghasilkan permukaan pada objek yang disokong, tetapi tegak lurus ke permukaan tersebut. Dalam contoh buku itu ditunjukkan dengan warna biru. Secara matematik ia dinyatakan seperti berikut:

F_lebih∝ N

Pemalar perkadaran adalah Pekali geseran statik μ_s, yang ditentukan secara eksperimen, tidak berdimensi dan bergantung pada sifat permukaan yang dihubungi.

F_{S max} = μ_s N

Geseran dinamik

Sekiranya zarah berada dalam keseimbangan dinamik, pergerakan sudah berlaku dan geseran statik tidak campur tangan lebih banyak. Jika beberapa daya geseran yang menentang pergerakan hadir, geseran dinamik bertindak, yang magnitudnya tetap dan diberikan oleh:

Boleh melayani anda: apakah sifat terma dan apa itu? (Dengan contoh)

F_k = μ_k N

Di mana μ_k Adakah dia pekali geseran dinamik, yang juga bergantung pada jenis permukaan yang bersentuhan. Seperti pekali geseran statik, ia tidak berdimensi dan nilainya ditentukan secara eksperimen.

Nilai pekali geseran dinamik biasanya kurang daripada menggosok statik.

Contoh yang diselesaikan

Buku dalam Rajah 3 berehat dan mempunyai jisim 1.30 kg. Pesawat mempunyai sudut kecenderungan sebanyak 30º. Cari pekali geseran statik antara buku dan permukaan pesawat.

Penyelesaian

Adalah penting untuk memilih sistem rujukan yang sesuai, lihat angka berikut:

Rajah 5. Buku -Gambarajah badan bebas pada satah cenderung dan penguraian berat badan. Sumber: Diri Diri.

Berat buku mempunyai magnitud W = mg, Walau bagaimanapun, perlu memecahkannya menjadi dua komponen: W_x dan W_dan, kerana ia adalah satu -satunya daya yang tidak jatuh tepat di atas mana -mana paksi koordinat. Penguraian berat badan diperhatikan dalam angka di sebelah kiri.

W_dan = mg.cosθ = 1.30 x 9.8 x cos 30º N = 11.03 n

W_x = mg.Senθ = 1.30 x 9.8 x sen 30º = 6.37 n

Yang ke -2. Undang -undang Newton untuk paksi menegak adalah:

N - wy = 0

N = mg. cos θ = 11.03 n.

Memohon ke -2. Undang -undang Newton untuk paksi X, memilih sebagai positif arah pergerakan yang mungkin:

W_x - F_s = 0

Geseran maksimum adalah F_{s maks}= μ_sN, Oleh itu:

W_x - μ_sN = 0

μ_s = W_x / N = 6.37/11.03 = 0.58

Rujukan

1. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7^ma. Ed. Pembelajaran Cengage. 120 - 124.
3. Serway, r., Vulle, c. 2011. Asas Fizik. 9^na Ed. Pembelajaran Cengage. 99-112.
4. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. Macgraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fizik. Addison Wesley. 148-164.