Dzielić:
Zasada przenikalności sił (z rozwiązanymi ćwiczeniami)
The zasada przepuszczalności sił wskazuje, że sytuacja równowagi lub ruchu ciała sztywnego nie zmienia się, jeśli pewna siła działająca na określony punkt ciała jest zastępowana przez inną. Aby to rozważyć, muszą zostać spełnione dwie przesłanki.
Pierwszym założeniem jest to, że nowa siła ma tę samą wielkość, a druga to, że stosowany jest ten sam kierunek, nawet jeśli znajduje się w innym punkcie ciała. Obie siły mają taki sam rezultat na sztywnym ciele; dlatego są siłami równoważnymi.
Zatem zasada przepuszczalności potwierdza, że siła może być przekazywana wzdłuż tego samego kierunku. Podobnie, należy zauważyć, że mechanicznym efektem siły może być zarówno obrót, jak i translacja. Praktyczny przykład znaczenia zasady przepuszczalności podaje się, gdy ciało jest popychane lub ciągnięte.
Jeśli wartość siły, z jaką ciało jest ciągnięte lub pchane, jest taka sama, a obie siły są przykładane w tym samym kierunku, wynikowy ruch jest dokładnie taki sam. W ten sposób, w celu ruchu, wynik jest taki sam, pchnij lub pociągnij ciało.
Indeks
- 1 Sztywne ciała
- 2 Ograniczenia zasady przenoszenia
- 3 Przykłady
- 3.1 Pierwszy przykład
- 3.2 Drugi przykład
- 4 rozwiązane ćwiczenia
- 4.1 Ćwiczenie 1
- 4.2 Ćwiczenie 2
- 5 referencji
Sztywne ciała
Nazywa się to ciałem sztywnym (które nie odkształca się) żadnemu ciału, które nie ulega odkształceniom, gdy na niego działa siła zewnętrzna.
Idea sztywnego ciała nie przestaje być matematyczną idealizacją konieczną do badania ruchu i przyczyn ruchu ciał.
Bardziej precyzyjna definicja ciała sztywnego definiuje go jako system punktów materialnych, w których odległość między różnymi punktami ciała nie jest modyfikowana przez działanie systemu sił.
Prawda jest taka, że prawdziwe ciała i maszyny nigdy nie są całkowicie sztywne i nie doświadczają deformacji, nawet w minimalnym stopniu, pod działaniem sił i ładunków zastosowanych do nich..
Ograniczenia zasady przenoszenia
Zasada przepuszczalności przedstawia pewne ograniczenia. Pierwszy i najbardziej oczywisty jest taki, że zastosowana siła lub siły działają na odkształcalne ciało. W takim przypadku odkształcenie ciała będzie różne w zależności od punktu zastosowania sił.
Innym ograniczeniem jest to, które można zobaczyć w następującym przypadku. Załóżmy, że dwie siły przykładane poziomo na końcach ciała, oba w tym samym kierunku, ale w przeciwnym kierunku.
Zgodnie z zasadą przepuszczalności dwie siły można zastąpić dwiema nowymi siłami przyłożonymi w tym samym kierunku, ale w przeciwnych kierunkach do oryginału.
Dla celów wewnętrznych zastąpienie nie miałoby konsekwencji. Jednak dla zewnętrznego obserwatora nastąpiłaby zasadnicza zmiana: w jednym przypadku zastosowane siły byłyby napięte, aw innym byłyby zrozumiałe.
Dlatego jasne jest, że zasada zdolności przenoszenia ma zastosowanie jedynie od hipotezy jej zastosowania do idealnych sztywnych brył iz perspektywy wewnętrznego obserwatora.
Przykłady
Pierwszy przykład
Praktyczny przypadek zastosowania zasady zdolności przenoszenia występuje, gdy chcesz przenieść samochód dla grupy ludzi.
Samochód poruszy się w ten sam sposób, niezależnie od tego, czy go pchnie, czy pociągnie do przodu, o ile ludzie będą stosować siłę na tej samej linii prostej.
Drugi przykład
Innym prostym przykładem spełnienia zasady przepuszczalności jest koło pasowe. W celu poruszania punkt liny, na którą przyłożona jest siła, jest obojętny, dopóki stosowana jest ta sama siła. W ten sposób nie wpływa to na ruch, jeśli lina jest mniej lub bardziej rozległa.
Rozwiązane ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wskazać, czy zasada zdolności do transmisji jest spełniona w następujących przypadkach:
Pierwsza sprawa
Siła 20 N przyłożona poziomo na sztywnym ciele zostaje zastąpiona inną siłą 15 N przyłożoną w innym punkcie ciała, chociaż oba mają ten sam kierunek.
Rozwiązanie
W tym przypadku zasada przepuszczalności nie zostanie spełniona, ponieważ chociaż dwie siły są przykładane w tym samym kierunku, druga siła nie ma takiej samej wielkości jak pierwsza. Dlatego też jeden z niezbędnych warunków zasady transmisji nie jest spełniony.
Drugi przypadek
Siła 20 N przyłożona poziomo na sztywnym ciele zostaje zastąpiona inną 20 N, przyłożoną w innym punkcie ciała i pionowo.
Rozwiązanie
Przy tej okazji zasada przepuszczalności nie jest spełniona, ponieważ chociaż obie siły mają ten sam moduł, nie mają zastosowania w tym samym kierunku. Ponownie, jeden z niezbędnych warunków zasady transmisji nie jest spełniony. Można powiedzieć, że te dwie siły są równoważne.
Trzeci przypadek
Siła 10 N przyłożona poziomo do sztywnego ciała jest zmieniana przez kolejne 10 N przyłożone w innym punkcie ciała, ale w tym samym kierunku i kierunku.
Rozwiązanie
W tym przypadku zasada przepuszczalności jest spełniona, biorąc pod uwagę, że dwie siły są tej samej wielkości i są stosowane w tym samym kierunku i sensie. Wszystkie niezbędne warunki zasady transmisji są spełnione. Można powiedzieć, że te dwie siły są równoważne.
Czwarty przypadek
Siła przesuwa się w kierunku linii działania.
Rozwiązanie
W tym przypadku zasada przepuszczalności jest spełniona, zważywszy, że będąc tą samą siłą, wielkość zastosowanej siły nie zmienia się i przesuwa się ona w linii działania. Po raz kolejny spełnione są wszystkie niezbędne warunki zasady przepuszczalności.
Ćwiczenie 2
Dwie siły zewnętrzne są przykładane do sztywnego ciała. Dwie siły są przykładane w tym samym kierunku i w tym samym kierunku. Jeśli moduł pierwszego jest 15 N, a drugiego 25 N, jakie warunki musi mieć trzecia siła zewnętrzna, która zastępuje tę wynikającą z dwóch poprzednich, spełniająca zasadę przepuszczalności??
Rozwiązanie
Z jednej strony wartość uzyskanej siły musi wynosić 40 N, co jest wynikiem dodania modułu dwóch sił.
Z drugiej strony, wynikowa siła musi działać w dowolnym punkcie linii prostej łączącej dwa punkty zastosowania dwóch sił.
Referencje
- Sztywne ciało (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 25 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
- Siła (n.d.). W Wikipedii. Źródło: 25 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
- Cutnell, John D.; Johnson, Kenneth W. (2003). Fizyka, wydanie szóste. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc.
- Corben, H.C.; Philip Stehle (1994). Klasyczna mechanika. New York: publikacje Dover.
- Feynman, Richard P; Leighton; Sands, Matthew (2010). Feynman wykłada fizykę. Tom I: Głównie mechanika, promieniowanie i ciepło (Nowe tysiąclecie wyd.). Nowy Jork: Podstawowe książki.