Nguvu ya athari inayotumika: ufafanuzi na fomula

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Statics ni mojawapo ya matawi ya fizikia ya kisasa ambayo huchunguza masharti ya miili na mifumo kuwa katika usawa wa kiufundi. Ili kutatua matatizo ya usawa, ni muhimu kujua nini nguvu ya majibu ya msaada ni. Makala haya yanalenga kuangazia kwa kina suala hili.

Sheria ya pili na ya tatu ya Newton

Kabla ya kuzingatia ufafanuzi wa nguvu ya mwitikio wa usaidizi, tunapaswa kukumbuka kinachosababisha kusogea kwa miili.

Sababu ya ukiukaji wa usawa wa mitambo ni kitendo kwenye mwili wa nguvu za nje au za ndani. Kama matokeo ya hatua hii, mwili hupata kuongeza kasi fulani, ambayo huhesabiwa kwa kutumia equation ifuatayo:

F=ma

Ingizo hili linajulikana kama sheria ya pili ya Newton. Hapa nguvu F ni matokeo ya nguvu zote zinazofanya kazi kwenye mwili.

Ikiwa mwili mmoja unafanya kazi kwa nguvu fulani F₁¯ kwenye mwili wa pili, basi wa pili hutenda kwa wa kwanza kwa nguvu sawa kabisa F_{2¯, lakini inaelekeza kinyume na F}1_{¯. Hiyo ni, usawa ni kweli:}

F₁¯=-F₂¯

Ingizo hili ni usemi wa kihisabati kwa sheria ya tatu ya Newton.

Wanapotatua matatizo kwa kutumia sheria hii, wanafunzi mara nyingi hufanya makosa kulinganisha nguvu hizi. Kwa mfano, farasi anavuta mkokoteni, wakati farasi kwenye mkokoteni na mkokoteni kwenye farasi hutumia modulo ya nguvu sawa. Kwa nini basi mfumo mzima unasonga? Jibu la swali hili linaweza kutolewa kwa usahihi ikiwa tutakumbuka kuwa nguvu hizi zote mbili zinatumika kwa miili tofauti, kwa hivyo hazilingani.

Nguvu ya kukabiliana na usaidizi

Kwanza, hebu tutoe ufafanuzi wa kimwili wa nguvu hii, kisha tutaeleza kwa mfano jinsi inavyofanya kazi. Kwa hivyo, nguvu ya mmenyuko wa kawaida wa msaada ni nguvu inayofanya juu ya mwili kutoka upande wa uso. Kwa mfano, tunaweka glasi ya maji kwenye meza. Ili kuzuia kioo kutoka kwa kusonga kwa kasi ya kuanguka kwa bure chini, meza hufanya juu yake kwa nguvu ambayo inasawazisha nguvu ya mvuto. Hii ndio majibu ya usaidizi. Kwa kawaida huashiriwa kwa herufi N.

Force N ni thamani ya mwasiliani. Ikiwa kuna mawasiliano kati ya miili, basi inaonekana daima. Katika mfano hapo juu, thamani ya N ni sawa kwa thamani kamili kwa uzito wa mwili. Walakini, usawa huu ni kesi maalum tu. Mmenyuko wa msaada na uzito wa mwili ni nguvu tofauti kabisa za asili tofauti. Usawa kati yao hukiukwa kila wakati pembe ya mwelekeo wa ndege inapobadilika, nguvu za ziada za kutenda zinapoonekana, au mfumo unaposonga kwa kasi zaidi.

Nguvu N inaitwa kawaidakwa sababu kila mara inaelekeza kwenye ndege ya uso.

Ikiwa tunazungumza juu ya sheria ya tatu ya Newton, basi katika mfano hapo juu na glasi ya maji kwenye meza, uzito wa mwili na nguvu ya kawaida N sio hatua na athari, kwani zote mbili zinatumika kwa mwili mmoja (glasi ya maji).

Sababu halisi ya N

Kama ilivyobainika hapo juu, nguvu ya mitikio ya kifusi huzuia kupenya kwa baadhi ya vitu vizito hadi vingine. Kwa nini nguvu hii inaonekana? Sababu ni deformation. Mwili wowote dhabiti chini ya ushawishi wa mzigo hapo awali huharibika kwa usawa. Nguvu ya elastic inaelekea kurejesha umbo la awali la mwili, kwa hiyo ina athari ya buoyant, ambayo inajidhihirisha katika mfumo wa mmenyuko wa msaada.

Tukizingatia suala hilo katika kiwango cha atomiki, basi mwonekano wa thamani N ni matokeo ya kanuni ya Pauli. Atomu zinapokaribiana kidogo, makombora ya elektroni huanza kuingiliana, ambayo husababisha kuonekana kwa nguvu ya kuchukiza.

Inaweza kuonekana kuwa ya kushangaza kwa wengi kwamba glasi ya maji inaweza kudhoofisha meza, lakini ndivyo ilivyo. Uharibifu huo ni mdogo sana hivi kwamba hauwezi kuzingatiwa kwa macho.

Jinsi ya kukokotoa nguvu N?

Inapaswa kusemwa mara moja kwamba hakuna fomula mahususi ya nguvu ya majibu ya usaidizi. Hata hivyo, kuna mbinu ambayo inaweza kutumika kubainisha N kwa mfumo wowote kabisa wa miili inayoingiliana.

Njia ya kubainisha thamani ya N ni kama ifuatavyo:

kwanza andika sheria ya pili ya Newton kwa mfumo uliotolewa, ukizingatia nguvu zote zinazohusika ndani yake;
tafuta makadirio yanayotokana ya nguvu zote kwenye mwelekeo wa kitendo cha majibu ya usaidizi;
kusuluhisha mlinganyo unaotokana wa Newton katika uelekeo uliowekwa alama kutapelekea thamani inayotakiwa N.

Wakati wa kuandaa mlingano unaobadilika, mtu anapaswa kuweka kwa uangalifu na kwa usahihi ishara za nguvu zinazoigiza.

Unaweza pia kupata jibu la usaidizi ikiwa hutumii dhana ya nguvu, lakini dhana ya matukio yao. Mvuto wa nyakati za nguvu ni sawa na rahisi kwa mifumo iliyo na pointi au shoka za mzunguko.

Ijayo, tutatoa mifano miwili ya kutatua matatizo ambayo tutaonyesha jinsi ya kutumia sheria ya pili ya Newton na dhana ya wakati wa nguvu kupata thamani ya N.

Tatizo la glasi kwenye meza

Mfano huu tayari umetolewa hapo juu. Fikiria kwamba chupa ya plastiki 250 ml imejaa maji. Iliwekwa kwenye meza, na kitabu chenye uzito wa gramu 300 kikawekwa juu ya kioo. Nguvu ya mwitikio ya jedwali ni nini?

Hebu tuandike mlingano unaobadilika. Tuna:

ma=P₁+ P₂- N

Hapa P₁ na P₂ ni vipimo vya glasi ya maji na kitabu, mtawalia. Kwa kuwa mfumo uko katika usawa, basi a=0. Kwa kuzingatia kwamba uzito wa mwili ni sawa na nguvu ya mvuto, na pia kupuuza wingi wa kikombe cha plastiki, tunapata:

m₁g + m₂g - N=0=>

N=(m₁+ m₂)g

Ikizingatiwa kuwa msongamano wa maji ni 1 g/cm³, na ml 1 ni sawa na 1cm³, tunapata kulingana na fomula inayotolewa kwamba nguvu N ni toni 5.4.

Tatizo la ubao, vianzio viwili na mzigo

Ubao ambao uzito wake unaweza kupuuzwa hutegemea vihimili viwili thabiti. Urefu wa bodi ni mita 2. Je, ni nini kiitikio cha kila tegemeo ikiwa uzito wa kilo 3 utawekwa kwenye ubao huu katikati?

Kabla ya kuendelea na utatuzi wa tatizo, ni muhimu kuanzisha dhana ya wakati wa nguvu. Katika fizikia, thamani hii inalingana na bidhaa ya nguvu na urefu wa lever (umbali kutoka kwa hatua ya matumizi ya nguvu hadi mhimili wa mzunguko). Mfumo ulio na mhimili wa mzunguko utakuwa katika usawa ikiwa jumla ya muda wa nguvu ni sifuri.

Tukirudi kwenye jukumu letu, hebu tuhesabu jumla ya muda wa nguvu kulingana na mojawapo ya vihimili (kulia). Wacha tuonyeshe urefu wa ubao na herufi L. Kisha wakati wa mvuto wa mzigo utakuwa sawa na: