TRANSLASJONSBALANSE: BESTEMMELSE, ANVENDELSER, EKSEMPLER - FYSISK - 2026

Den translasjonelle likevekten er en tilstand der et objekt som helhet er når alle kreftene som virker derpå blir forskjøvet, noe som gir et resultat av nettokraften. Matematisk tilsvarer det å si at F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, hvor F ₁ , F ₂ , F ₃ … er kreftene involvert.

At et legeme er i translasjonsbalanse betyr ikke at det nødvendigvis er i ro. Dette er et spesielt tilfelle av definisjonen gitt ovenfor. Objektet kan være i bevegelse, men i mangel av akselerasjon vil dette være en jevn, rettlinjet bevegelse.

Figur 1. Translasjonsbalanse er viktig for et stort antall idretter. Kilde: Pixabay.

Så hvis kroppen er i ro, fortsetter den slik. Og hvis den allerede har bevegelse, vil den ha konstant hastighet. Generelt er bevegelsen til ethvert objekt en sammensetning av oversettelser og rotasjoner. Oversettelsene kan være som vist i figur 2: lineære eller krøllete.

Men hvis et av objektets punkter er fast, er den eneste sjansen det har for å bevege seg å rotere. Et eksempel på dette er en CD, hvis sentrum er fast. CD-en har muligheten til å rotere rundt en akse som går gjennom dette punktet, men ikke til å oversette.

Når objekter har faste punkter eller støttes på overflater, snakker vi om lenker. Koblingene samhandler ved å begrense bevegelsene som objektet er i stand til å gjøre.

Bestemmelse av translasjonsbalanse

For en partikkel i likevekt er det gyldig å sikre at:

F _R = 0

Eller i summasjon notasjon:

Det er klart at for at et organ skal være i translasjonsbalanse, må kreftene som virker på det, kompenseres på noen måte, slik at deres resulterende er null.

På denne måten vil objektet ikke oppleve akselerasjon og alle partiklene er i ro eller gjennomgår rettlinjede oversettelser med konstant hastighet.

Nå hvis objekter kan rotere, vil de vanligvis gjøre det. Det er grunnen til at de fleste bevegelser består av kombinasjoner av oversettelse og rotasjon.

Roterende et objekt

Når rotasjonsbalanse er viktig, kan det være nødvendig å sikre at objektet ikke roterer. Så du må studere om det er dreiemomenter eller øyeblikk som virker på det.

Dreiemoment er vektorstørrelsen som rotasjonene er avhengige av. Det krever at en kraft blir påført, men styrken er også viktig. For å tydeliggjøre ideen, bør du vurdere et utvidet objekt som en kraft F virker på og la oss se om den er i stand til å produsere en rotasjon om noen akse O.

Det er allerede intuisert at ved å skyve objektet i punkt P med kraften F, er det mulig å få den til å rotere rundt punkt O, med en rotasjon mot klokken. Men retningen som styrken påføres er også viktig. For eksempel vil ikke kraften som brukes på figuren i midten få gjenstanden til å rotere, selv om den absolutt kan bevege den.

Figur 2. Ulike måter å påføre en kraft på et stort objekt, bare i figuren ytterst til venstre oppnås en rotasjonseffekt. Kilde: self made.

Å bruke kraft direkte på punkt O vil heller ikke vri objektet. Så det er klart at for å oppnå en rotasjonseffekt, må kraften påføres i en viss avstand fra rotasjonsaksen, og dens virkningslinje må ikke passere gjennom den aksen.

Definisjon av dreiemoment

Momentet eller momentet til en styrke, betegnet som τ, vektorstørrelsen som har ansvaret for å sette sammen alle disse fakta, er definert som:

Vektoren r er rettet fra rotasjonsaksen til påføringspunktet for kraften, og deltakelsen av vinkelen mellom r og F er viktig. Derfor blir dreiemomentets størrelse uttrykt som:

Det mest effektive dreiemomentet oppstår når r og F er vinkelrett.

Hvis det nå ønskes at det ikke er noen rotasjoner, eller at disse foregår med konstant vinkelakselerasjon, er det nødvendig at summen av dreiemomentene som virker på objektet er null, analogt med det som ble vurdert for kreftene:

Likevektsforhold

Balanse betyr stabilitet, harmoni og balanse. For at bevegelsen til et objekt skal ha disse egenskapene, må betingelsene beskrevet i de foregående seksjoner brukes:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Den første betingelsen garanterer den translasjonelle likevekten og den andre den roterende. Begge må oppfylles hvis objektet skal forbli i statisk likevekt (fravær av bevegelse av noe slag).

applikasjoner

Likevektsforhold gjelder for mange strukturer, siden når bygninger eller forskjellige gjenstander bygges, gjøres det med den hensikt at deres deler forblir i de samme relative stillingene med hverandre. Med andre ord, objektet kommer ikke fra hverandre.

Dette er for eksempel viktig når du bygger broer som holder seg godt under føttene, eller når du designer beboelige strukturer som ikke endrer stilling eller har en tendens til å velte.

Selv om det antas at ensartet rettlinjet bevegelse er en ekstrem forenkling av bevegelse, som sjelden forekommer i naturen, må det huskes at lysets hastighet i vakuum er konstant, og lyden i luften også, hvis vurdere det medium homogene.

I mange menneskeskapte mobile strukturer er det viktig å opprettholde en konstant hastighet: for eksempel på rulletrapper og samlebånd.

eksempler

Dette er den klassiske øvelsen av spenningene som holder lampen i balanse. Lampen er kjent for å veie 15 kg. Finn størrelsen på spenningene som er nødvendige for å holde den i denne posisjonen.

Figur 3. Lampens likevekt er garantert ved å anvende den translasjonelle likevektsbetingelsen. Kilde: self made.

Løsning

For å løse det, fokuserer vi på knuten der de tre strengene møtes. De respektive frikroppsskjemaene for noden og for lampen er vist på figuren over.

Vekten på lampen er W = 5 kg. 9,8 m / s ² = 49 N. For at lampen skal være i likevekt, er det tilstrekkelig at den første likevektsbetingelsen er oppfylt:

Spenningene T ₁ og T ₂ må spaltes:

Det er et system med to ligninger med to ukjente, hvis svar er: T ₁ = 24,5 N og T ₂ = 42,4 N.

referanser

1. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fysikk: begreper og applikasjoner. 7. utgave. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fysikk. Addison Wesley. 332 -346.