TRANSLACIJSKO RAVNOTEŽJE: DOLOČITEV, APLIKACIJE, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Translacijskih ravnovesje je stanje, v katerem je objekt kot celota, ko so vse sile, ki delujejo na njih nadomestilo, pri čemer kot posledica neto sile nič. Matematično je enakovredno reči, da je F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, kjer so F ₁ , F ₂ , F ₃ … vključene sile.

To, da je telo v translacijskem ravnovesju, še ne pomeni, da je nujno v mirovanju. To je poseben primer zgornje opredelitve. Objekt je morda v gibanju, vendar v odsotnosti pospeška bo to enakomerno pravokotno gibanje.

Slika 1. Translacijsko ravnovesje je pomembno za veliko število športov. Vir: Pixabay.

Če je torej telo v mirovanju, se nadaljuje tako. In če že ima gibanje, bo imel stalno hitrost. Na splošno je gibanje katerega koli predmeta kompozicija prevodov in rotacij. Prevodi so lahko prikazani na sliki 2: linearni ali krivočrni.

Če pa je ena od točk predmeta določena, potem je edina možnost, da se premakne, vrtenje. Primer tega je CD, katerega središče je pritrjeno. CD ima možnost vrtenja okoli osi, ki poteka skozi to točko, ne pa tudi prevajanja.

Kadar imajo predmeti fiksne točke ali so podprti na površinah, govorimo o povezavah. Povezave medsebojno vplivajo tako, da omejijo premike, ki jih je predmet zmožen narediti.

Določitev translacijskega ravnovesja

Za ravnotežni delček velja, da se prepriča, da:

F _R = 0

Ali v seštevanju:

Jasno je, da je treba, da je telo v translacijskem ravnovesju, sile, ki delujejo nanj, na nek način kompenzirati, tako da je njihova rezultat enaka nič.

Na ta način objekt ne bo doživel pospeška in vsi njegovi delci so v mirovanju ali pa se s konstantno hitrostjo izvajajo pravokotni prevodi.

Zdaj, če se predmeti lahko vrtijo, bodo na splošno. Zato je večina gibanj sestavljena iz kombinacij prevajanja in vrtenja.

Vrtenje predmeta

Kadar je rotacijsko ravnovesje pomembno, bo morda treba zagotoviti, da se predmet ne vrti. Torej morate študirati, če nanj delujejo navori ali trenutki.

Navor je vektorska velikost, od katere so odvisne vrtenja. Zahteva uporabo sile, vendar je pomembna tudi točka uporabe sile. Za razjasnitev ideje razmislite o razširjenem predmetu, na katerega deluje sila F, in poglejmo, ali je sposoben ustvariti vrtenje okoli neke osi O.

Že intuitivno je, da se s pritiskom predmeta na točko P s silo F lahko vrti okoli točke O z vrtenjem v nasprotni smeri urinega kazalca. Pomembna pa je tudi smer, v katero deluje sila. Na primer, sila, ki se nanaša na figuro v sredini, ne bo povzročila vrtenja predmeta, čeprav ga zagotovo lahko premika.

Slika 2. Različni načini uporabe sile na velik predmet, le na sliki na skrajni levi strani dobimo učinek vrtenja. Vir: self made.

Z uporabo sile neposredno na točko O tudi predmet ne obrne. Torej je jasno, da je za dosego rotacijskega učinka sila potrebna na določeni razdalji od osi vrtenja in njegova linija delovanja ne sme preiti skozi to os.

Opredelitev navora

Navor ali moment sile, označen kot τ, vektorski obseg, ki je odgovoren za združevanje vseh teh dejstev, je opredeljen kot:

Vektor r je usmerjen od osi vrtenja do točke uporabe sile in pomembna je udeležba kota med r in F. Zato je moč navora izražena kot:

Najučinkovitejši navor se pojavi, ko sta r in F pravokotna.

Če je zaželeno, da ni vrtenja ali se ta odvija s stalnim kotnim pospeškom, je potrebno, da je vsota navora, ki deluje na predmet, enaka nič, analogno tistemu, kar je veljalo za sile:

Ravnotežni pogoji

Ravnotežje pomeni stabilnost, harmonijo in ravnovesje. Za premikanje predmeta, ki ima te lastnosti, je treba uporabiti pogoje, opisane v prejšnjih razdelkih:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Prvi pogoj zagotavlja translacijsko ravnovesje, drugi pa rotacijsko ravnovesje. Obe morata biti izpolnjeni, če želi objekt ostati v statičnem ravnotežju (kakršnih koli premikov).

Prijave

Ravnotežni pogoji veljajo za številne konstrukcije, saj se pri gradnji stavb ali raznolikih objektov izvede tako, da njihovi deli ostanejo v enakem relativnem položaju. Z drugimi besedami, predmet se ne razide.

To je na primer pomembno pri gradnji mostov, ki ostanejo trdno pod nogami, ali pri načrtovanju bivalnih struktur, ki ne spreminjajo položaja ali se nagibajo k prevračanju.

Čeprav velja, da je enakomerno pravokotno gibanje skrajna poenostavitev gibanja, ki se v naravi redko pojavlja, je treba spomniti, da je hitrost svetlobe v vakuumu konstantna in hitrost zvoka tudi v zraku, če menijte, da je medij homogen.

V mnogih umetnih mobilnih konstrukcijah je pomembno vzdrževati konstantno hitrost: na primer na tekočih stopnicah in montažnih linijah.

Primeri

To je klasična vaja napetosti, ki svetilko drži v ravnovesju. Znano je, da svetilka tehta 15 kg. Poiščite velikosti napetosti, ki so potrebne, da ga držite v tem položaju.

Slika 3. Ravnotežje žarnice je zagotovljeno z uporabo pogoja translacijskega ravnotežja. Vir: self made.

Rešitev

Da bi ga rešili, se osredotočimo na vozel, kjer se srečujejo tri strune. Zgornji diagrami prostega telesa za vozlišče in svetilko so prikazani na zgornji sliki.

Teža žarnice je W = 5 Kg. 9,8 m / s ² = 49 N. Da bi bila žarnica ravnovesja, zadostuje, da je izpolnjen prvi pogoj ravnotežja:

Napetosti T ₁ in T ₂ je treba razgradijo:

Gre za sistem dveh enačb z dvema neznankama, katerih odgovor je: T ₁ = 24,5 N in T ₂ = 42,4 N.

Reference

1. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 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: pojmi in aplikacije. 7. izdaja MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fizika. Addison Wesley. 332 -346.