תוֹכֶן

• צעדים
• שיטה 1 מתוך 2: קביעת כוח המתיחה על גדיל יחיד
• שיטה 2 מתוך 2: חישוב כוח המתיחה על מספר גדילים

בפיזיקה, כוח משיכה הוא כוח הפועל על חבל, חבל, כבל או אובייקט או קבוצת אובייקטים דומים. כל דבר שמושך, תלוי, נתמך או מתנדנד בחבל, חבל, כבל וכן הלאה, כפוף לכוח משיכה. כמו כל הכוחות, מתח יכול להאיץ עצמים או לגרום להם להתעוות.היכולת לחשב את כוח המתיחה היא מיומנות חשובה לא רק לסטודנטים בפיזיקה, אלא גם למהנדסים, אדריכלים; מי שבונה בתים יציבים צריך לדעת אם חבל או כבל מסוים יעמוד בכוח המשיכה של משקל החפץ כדי שלא ייפול או יקרוס. התחל לקרוא את המאמר כדי ללמוד כיצד לחשב את כוח מתיחה בחלק מהמערכות הפיזיות.

צעדים

שיטה 1 מתוך 2: קביעת כוח המתיחה על גדיל יחיד

1. 1 קבע את הכוחות בכל קצה החוט. כוח המשיכה של חוט נתון, חבל, הוא תוצאה של הכוחות המושכים את החבל בכל קצה. אנו מזכירים לכם כוח = מסה × האצה... בהנחה שהחבל מתוח, כל שינוי בתאוצה או במסה של חפץ תלוי בחבל ישנה את המתח בחבל עצמו. אל תשכח את האצת הכבידה המתמדת - גם אם המערכת נמצאת במנוחה, מרכיביה הם אובייקטים של פעולת הכבידה. אנו יכולים להניח שכוח המשיכה של חבל נתון הוא T = (m × g) + (m × a), כאשר "g" הוא האצת הכובד של כל אחד מהאובייקטים הנתמכים על ידי החבל, ו- "a" הוא כל האצה אחרת, הפועלת על אובייקטים.
   • כדי לפתור בעיות פיזיות רבות, אנו מניחים חבל מושלם במילים אחרות, החבל שלנו דק, אין לו מסה ואינו יכול להימתח או להישבר.
   • כדוגמה, הבה נבחן מערכת בה עומס מושעה מקורה מעץ באמצעות חבל יחיד (ראה תמונה). לא העומס עצמו ולא החבל זז - המערכת במנוחה. כתוצאה מכך, אנו יודעים שכדי שהעומס יהיה באיזון, כוח המתח חייב להיות שווה לכוח הכבידה. במילים אחרות, כוח משיכה (F_t) = כוח הכבידה (F_ז) = m × g.
     • נניח שמשקל העומס הוא 10 ק"ג, לכן כוח המתיחה הוא 10 ק"ג × 9.8 מ ' / ש' = 98 ניוטון.
2. 2 שקול האצה. כוח הכבידה אינו הכוח היחיד שיכול להשפיע על כוח המשיכה של חבל - כל כוח המופעל על אובייקט על החבל בהאצה מייצר את אותו אפקט. אם למשל אובייקט תלוי בחבל או בכבל מואץ בכוח, אז כוח ההאצה (מסה × האצה) מתווסף לכוח המתיחה שנוצר ממשקלו של אותו אובייקט.
   • נניח, בדוגמה שלנו, משקל של 10 ק"ג מושעה על חבל, ובמקום להיות מחובר לקרן עץ, הוא נמשך כלפי מעלה בהאצה של 1 מ ' / שניות. במקרה זה, עלינו לקחת בחשבון את האצת העומס, כמו גם את האצת הכבידה, כדלקמן:
     • ו_t = F_ז + m × a
     • ו_t = 98 + 10 ק"ג × 1 מ / ש
     • ו_t = 108 ניוטון.
3. 3 שקול האצה זוויתית. עצם על חבל המסתובב סביב נקודה הנחשבת למרכז (כמו מטוטלת) מפעיל מתח על החבל באמצעות כוח צנטריפוגלי. כוח צנטריפוגלי הוא כוח המשיכה הנוסף שהחבל יוצר על ידי "דחיפתו" פנימה כך שהעומס ימשיך לנוע בקשת ולא בקו ישר. ככל שהאובייקט זז מהר יותר, כך הכוח הצנטריפוגלי גדול יותר. כוח צנטריפוגלי (F_ג) שווה ל- m × v / r כאשר "m" הוא המסה, "v" הוא המהירות, ו- "r" הוא רדיוס המעגל שלאורכו העומס נע.
   • מכיוון שהכיוון והערך של הכוח הצנטריפוגלי משתנים בהתאם לאופן בו האובייקט נע ומשנה את מהירותו, המתח הכולל על החבל תמיד מקביל לחבל בנקודת המרכז. זכור שכוח הכבידה פועל כל הזמן על האובייקט ומושך אותו כלפי מטה. אז אם האובייקט מתנדנד אנכית, מתח מלא הכי חזק בנקודה הנמוכה ביותר של הקשת (למטוטלת קוראים לזה נקודת שיווי משקל), כשהאובייקט מגיע למהירותו המרבית, ו החלשים ביותר בחלק העליון של הקשת כשהאובייקט מאט.
   • נניח שבדוגמה שלנו, האובייקט כבר אינו מאיץ כלפי מעלה, אלא מתנדנד כמו מטוטלת. תנו לחבל שלנו להיות באורך 1.5 מ ', והעומס שלנו נע במהירות של 2 מ' / ש ', כאשר הוא עובר את הנקודה הנמוכה ביותר של הנדנדה.אם עלינו לחשב את כוח המתח בנקודה הנמוכה ביותר של הקשת, כשהוא הגדול ביותר, אז ראשית עלינו לברר האם העומס חווה לחץ כבידה שווה בנקודה זו, כמו במצב מנוחה - 98 ניוטון. כדי למצוא כוח צנטריפוגלי נוסף, עלינו לפתור את הדברים הבאים:
     • ו_ג = m × v / r
     • ו_ג = 10 × 2/1.5
     • ו_ג = 10 × 2.67 = 26.7 ניוטון.
     • לפיכך, המתח הכולל יהיה 98 + 26.7 = 124.7 ניוטון.
4. 4 שים לב שכוח המשיכה עקב כוח הכבידה משתנה כאשר העומס עובר בקשת. כפי שצוין לעיל, הכיוון והעוצמה של הכוח הצנטריפוגלי משתנים כשהאובייקט מתנדנד. בכל מקרה, למרות שכוח הכבידה נשאר קבוע, כוח מתיחה נטו עקב כוח המשיכה משתנה גם. כאשר האובייקט המתנדנד הוא לֹא בנקודה הנמוכה ביותר של הקשת (נקודת שיווי משקל), כוח הכבידה מושך אותה כלפי מטה, אך כוח המשיכה מושך אותה כלפי מעלה בזווית. מסיבה זו, כוח המשיכה חייב לעמוד בפני חלק מכוח הכבידה, ולא בשלמותו.
   • חלוקת כוח הכובד לשני וקטורים יכולה לעזור לך לדמיין מצב זה. בכל נקודה בקשת אובייקט מתנדנד אנכית, החבל יוצר זווית "θ" עם קו דרך נקודת שיווי המשקל ומרכז הסיבוב. ברגע שהמטוטלת מתחילה להתנדנד, כוח הכבידה (m × g) מתחלק לשני וקטורים - mgsin (θ), הפועלים משיק לקשת בכיוון נקודת שיווי המשקל ו- mgcos (θ), הפועלים במקביל למתח כוח, אבל בכיוון ההפוך. המתח יכול להתנגד רק ל- mgcos (θ) - הכוח המופנה נגדו - לא כל כוח הכבידה (למעט נקודת שיווי המשקל, שבה כל הכוחות זהים).
   • נניח שכאשר המטוטלת נטויה 15 מעלות מהאנך, היא נעה במהירות של 1.5 מ ' / שניות. נמצא את כוח המתיחה לפי הפעולות הבאות:
     • היחס בין כוח המשיכה לכוח הכבידה (T_ז) = 98 קוס (15) = 98 (0.96) = 94.08 ניוטון
     • כוח צנטריפוגלי (F_ג) = 10 × 1.5 / 1.5 = 10 × 1.5 = 15 ניוטון
     • מתח מלא = T_ז + F_ג = 94,08 + 15 = 109.08 ניוטון.
5. 5 חשב את החיכוך. כל אובייקט שנמשך בחבל וחווה כוח "בלימה" מחיכוך של אובייקט אחר (או נוזל) מעביר את האפקט הזה למתח בחבל. כוח החיכוך בין שני אובייקטים מחושב באותו אופן כמו בכל מצב אחר - באמצעות המשוואה הבאה: כוח חיכוך (נכתב בדרך כלל כ- F_r) = (mu) N, כאשר mu הוא מקדם כוח החיכוך בין אובייקטים ו- N הוא הכוח הרגיל של האינטראקציה בין אובייקטים, או הכוח שבו הם לוחצים זה על זה. שימו לב כי חיכוך במנוחה - חיכוך המתרחש כתוצאה מניסיון להביא אובייקט במנוחה לתנועה - שונה מחיכוך של תנועה - חיכוך הנובע מניסיון לאלץ אובייקט נע להמשיך לזוז.
   • נניח שעומס 10 הק"ג שלנו כבר לא מתנדנד, עכשיו הוא נגרר אופקית בעזרת חבל. נניח שמקדם החיכוך של תנועת כדור הארץ הוא 0.5 והעומס שלנו נע במהירות קבועה, אך עלינו לתת לו תאוצה של 1 מ ' / ש. בעיה זו מציגה שני שינויים חשובים - ראשית, איננו צריכים עוד לחשב את כוח המשיכה ביחס לכוח הכבידה, שכן החבל שלנו אינו תומך במשקל. שנית, יהיה עלינו לחשב את המתח הנובע מחיכוך וכן בשל האצת מסת העומס. עלינו להחליט על הדברים הבאים:
     • כוח רגיל (N) = 10 ק"ג & × 9.8 (האצה בכוח הכבידה) = 98 נ
     • כוח תנועה חיכוני (ו_r) = 0.5 × 98 N = 49 ניוטון
     • כוח האצה (F_א) = 10 ק"ג × 1 מ ' / ש' = 10 ניוטון
     • מתח כולל = F_r + F_א = 49 + 10 = 59 ניוטון.

שיטה 2 מתוך 2: חישוב כוח המתיחה על מספר גדילים

1. 1 הרם משקולות מקבילות אנכיות בעזרת גלגלת. בלוקים הם מנגנונים פשוטים המורכבים מדיסק תלוי, המאפשר להפוך את כיוון כוח המשיכה של החבל. בתצורת בלוק פשוטה, החבל או הכבל עוברים מהעומס התלוי עד הבלוק, ואז יורדים לעומס אחר, ובכך יוצרים שני חלקים של חבל או כבל. בכל מקרה המתח בכל אחד מהקטעים יהיה זהה, גם אם שני הקצוות נמשכים בכוחות בסדר גודל שונה. עבור מערכת של שתי מסות תלויות אנכית בבלוק, כוח המתיחה הוא 2 גרם (מ '₁) (M₂) / (M₂+ מ '₁), כאשר "g" הוא האצת הכבידה, "מ₁"האם המסה של האובייקט הראשון", מ₂»האם המסה של האובייקט השני.
   • שימו לב להלן, בעיות פיזיות מניחות זאת בלוקים מושלמים - אין להם מסה, חיכוך, הם לא נשברים, לא מתעוותים ולא נפרדים מהחבל התומך בהם.
   • נניח שיש לנו שתי משקולות תלויות אנכית בקצוות המקבילים של החבל. המשקל של משקל אחד הוא 10 ק"ג, והשני במשקל של 5 ק"ג. במקרה זה, עלינו לחשב את הדברים הבאים:
     • T = 2 גרם (מ '₁) (M₂) / (M₂+ מ '₁)
     • T = 2 (9.8) (10) (5) / (5 + 10)
     • T = 19.6 (50) / (15)
     • T = 980/15
     • T = 65.33 ניוטון.
   • שים לב שמכיוון שמשקל אחד כבד יותר, כל שאר האלמנטים שווים, מערכת זו תתחיל להאיץ, ולכן משקל 10 ק"ג ינוע כלפי מטה, מה שיאלץ את המשקל השני לעלות.
2. 2 תלו את המשקולות באמצעות בלוקים עם מיתרים אנכיים לא מקבילים. בלוקים משמשים לעתים קרובות לכיוון כוח המשיכה לכיוון אחר למעלה או למטה. אם, למשל, עומס מושעה אנכית מקצה אחד של החבל, והקצה השני מחזיק את העומס במישור אלכסוני, אז מערכת הבלוקים הלא מקבילה לובשת צורה של משולש עם זוויות בנקודות עם הראשון עומס, השני והבלוק עצמו. במקרה זה, המתח בחבל תלוי הן בכוח הכבידה והן במרכיב כוח המשיכה, המקביל לחלק האלכסוני של החבל.
   • נניח שיש לנו מערכת עם עומס של 10 ק"ג (מ '₁), תלוי במאונך, מחובר לעומס של 5 ק"ג (מ '₂) הממוקם במישור נטוי של 60 מעלות (הוא האמין כי שיפוע זה אינו נותן חיכוך). כדי למצוא את המתח בחבל, הדרך הקלה ביותר היא לכתוב תחילה משוואות לכוחות המאיצים את המשקולות. לאחר מכן, אנו מתנהגים כך:
     • העומס המושעה כבד יותר, אין חיכוך, אז אנחנו יודעים שהוא מאיץ כלפי מטה. המתח בחבל מושך כלפי מעלה כך שהוא מאיץ ביחס לכוח שנוצר F = m₁(ז) - T, או 10 (9.8) - T = 98 - T.
     • אנו יודעים כי עומס על מטוס נוטה מאיץ כלפי מעלה. מכיוון שאין לו חיכוך, אנו יודעים כי מתח מושך את העומס במעלה המטוס, ומושך אותו כלפי מטה רק המשקל שלך. מרכיב הכוח המושך כלפי מטה את החיובי נוטה כ- mgsin (θ), כך שבמקרה שלנו נוכל להסיק שהוא מאיץ ביחס לכוח שנוצר F = T - m₂(ז) חטא (60) = T - 5 (9.8) (0.87) = T - 42.14.
     • אם נשווה את שתי המשוואות הללו, נקבל 98 - T = T - 42.14. מצא T וקבל 2T = 140.14, או T = 70.07 ניוטון.
3. 3 השתמש בכמה גדילים לתליית האובייקט. לסיום, בואו נדמיין שהאובייקט תלוי במערכת חבלים "בצורת Y" - שני חבלים נקבעים לתקרה ונפגשים בנקודה המרכזית שממנה מגיע החבל השלישי עם עומס. כוח המשיכה של החבל השלישי ברור - משיכה פשוטה עקב כוח המשיכה או m (g). המתחים בשני החבלים האחרים שונים וצריכים להסתכם בכוח השווה לכוח המשיכה כלפי מעלה במיקום האנכי ואפס לשני הכיוונים האופקיים, בהנחה שהמערכת נמצאת במנוחה. המתח בחבל תלוי במשקל העומסים התלויים ובזווית שבה כל חבל יורד מהתקרה.
   • נניח שבמערכת שלנו בצורת Y, המשקל התחתון הוא בעל משקל של 10 ק"ג והוא תלוי בשני חבלים, אחד מהם נמצא 30 מעלות מהתקרה והשני הוא 60 מעלות. אם עלינו למצוא את המתח בכל אחד מהחבלים, עלינו לחשב את המרכיבים האופקיים והאנכיים של המתח. כדי למצוא את T.₁ (מתח בחבל, שהשיפוע שלו הוא 30 מעלות) ו- T₂ (מתח בחבל זה, שהשיפוע שלו הוא 60 מעלות), עליך להחליט:
     • על פי חוקי הטריגונומטריה, הקשר בין T = m (g) ו- T₁ ו- T.₂ שווה לקוסינוס של הזווית בין כל אחד מהחבלים והתקרה. עבור ט₁, cos (30) = 0.87, באשר ל- T₂, cos (60) = 0.5
     • הכפל את המתח בחבל התחתון (T = mg) בקוסינוס של כל זווית כדי למצוא T₁ ו- T.₂.
     • ט₁ = 0.87 × m (g) = 0.87 × 10 (9.8) = 85.26 ניוטון.
     • ט₂ = 0.5 × m (g) = 0.5 × 10 (9.8) = 49 ניוטון.