У фізиці, сила натягу - це сила, що діє на мотузку, шнур, кабель або схожий об`єкт або групу об`єктів. Все, що вимушено, підвішене, підтримується або гойдається на мотузці, шнурі, кабелі і т.д., є об`єктом сили натягу. Подібно до всіх силам, натяг може прискорювати об`єкти або ставати причиною їх деформації. Уміння розраховувати силу натягу є важливим навиком не тільки для студентів фізичного факультету, а й для інженерів, архітекторов- ті, хто будує стійкі будинки, повинні знати, чи витримає певна мотузка або кабель силу натягу від ваги об`єкта так, щоб вони не просідали і не руйнувалися. Подивіться крок 1 для того, щоб навчитися розраховувати силу натягу в деяких фізичних системах.
кроки
Метод 1 з 2: визначення сили натягу на одній нитки
1
Визначте сили на кожному з кінців нитки. Сила натягу даної нитки, мотузки є результатом сил, натягують мотузку з кожного кінця. Нагадуємо, сила = маса прискорення. Припускаючи, що мотузка натягнута туго, будь-яка зміна прискорення або маси об`єкта, підвішеного на мотузці, призведе до зміни сили натягу в самій мотузці. Не забувайте про постійне прискорення сили тяжіння - навіть якщо система перебуває в спокої, її складові є об`єктами дії сили тяжіння. Ми можемо припустити, що сила натягу даної мотузки це T = (m g) + (m a), де "g" - це прискорення сили тяжіння будь-якого з об`єктів, підтримуваних мотузкою, і "а" - це будь-яке інше прискорення, що діє на об`єкти.
Для вирішення безлічі фізичних задач, ми припускаємо ідеальну мотузку - іншими словами, наша мотузка, кабель і т.д. тонка, не володіє масою і не може розтягуватися або рватися.
Для прикладу, давайте розглянемо систему, в якій вантаж підвішений до дерев`яній балці за допомогою однієї мотузки (дивіться на зображення). Ні сам вантаж, ні мотузка не рухаються - система знаходиться в спокої. Внаслідок цього, нам відомо, щоб вантаж знаходився у рівновазі, сила натягу повинна бути дорівнює силі тяжіння. Іншими словами, Сила натягу (Ft) = Сила тяжіння (Fg) = M g.
Припустимо, що вантаж має масу 10кг, отже, сила натягу дорівнює 10 кг 9,8 м / с = 98 Ньютоновий.
2
Враховуйте прискорення. Сила тяжіння - не єдина сила, що може впливати на силу натягу мотузки - таку ж дію справляє будь-яка сила, прикладена до об`єкту на мотузці з прискоренням. Якщо, наприклад, підвішений на мотузці або кабелі об`єкт прискорюється під дією сили, то сила прискорення (маса прискорення) додається до сили натягу, утвореної вагою цього об`єкта.
Припустимо, що в нашому прикладі на мотузку підвішений вантаж 10 кг, і замість того, щоб бути прикріпленим до дерев`яній балці, його тягнуть вгору з прискоренням 1 м / с. В цьому випадку, нам необхідно врахувати прискорення вантажу, також як і прискорення сили тяжіння, в такий спосіб:
Ft = Fg + m a
Ft = 98 + 10 кг 1 м / с
Ft = 108 Ньютонів.
3
Враховуйте кутовий прискорення. Об`єкт на мотузці, що обертається навколо точки, яка вважається центром (як маятник), надає натяг на мотузку за допомогою відцентрової сили. Відцентрова сила - додаткова сила натягу, яку викликає мотузка, "штовхаючи" її всередину так, щоб вантаж продовжував рухатися по дузі, а не по прямій. Чим швидше рухається об`єкт, тим більше відцентрова сила. Відцентрова сила (Fc) Дорівнює m v / r де "m"- це маса, "v" - це швидкість, і "r" - радіус кола, по якій рухається вантаж.
Так як напрям і значення відцентрової сили змінюється в залежності від того, як об`єкт рухається і змінює свою швидкість, то повне натяг мотузки завжди паралельно мотузці в центральній точці. Запам`ятайте, що сила тяжіння постійно діє на об`єкт і тягне його вниз. Так що, якщо об`єкт розгойдується вертикально, повне натяг найсильніше в нижній точці дуги (для маятника це називається точкою рівноваги), коли об`єкт досягає максимальної швидкості, і найслабше у верхній точці дуги, коли об`єкт сповільнюється.
Давайте припустимо, що в нашому прикладі об`єкт більше не прискорюється вгору, а розгойдується як маятник. Нехай наша мотузка буде довжиною 1,5 м, а наш вантаж рухається зі швидкістю 2 м / с, при проходженні через нижню точку розмаху. Якщо нам потрібно розрахувати силу натягу в нижній точці дуги, коли вона найбільша, то спочатку треба з`ясувати рівне чи тиск сили тяжіння відчуває вантаж в цій точці, як і при стані спокою - 98 Ньютоновий. Щоб знайти додаткову відцентрову силу, нам необхідно вирішити наступне:
Fc = M v / r
Fc = 10 2 / 1.5
Fc = 10 2,67 = 26,7 Ньютоновий.
Таким чином, повне натяг буде 98 + 26,7 = 124,7 Ньютона.
4
Врахуйте, що сила натягу завдяки силі тяжіння змінюється в міру проходження вантажу по дузі. Як було зазначено вище, напрямок і величина відцентрової сили змінюються в міру того, як хитається об`єкт. У будь-якому випадку, хоч сила тяжіння і залишається постійною, результуюча сила натягу в результаті тяжкості теж змінюється. Коли хитний об`єкт знаходиться НЕ в нижній точці дуги (точці рівноваги), сила тяжіння тягне його вниз, але сила натягу тягне його вгору під кутом. Через це, сила натягу повинна протидіяти частини сили тяжіння, а не всієї її повноті.
Поділ сили гравітації на два вектора зможе допомогти вам візуально зобразити цей стан. У будь-якій точці дуги вертикально розгойдується об`єкта, мотузка становить кут " " з лінією, що проходить через точку рівноваги і центр обертання. Як тільки маятник починає розгойдуватися, сила гравітації (m g) розбивається на 2 вектори - mgsin (), діючи по дотичній до дуги в напрямку точки рівноваги і mgcos (), діючи паралельно силі натягу, але в протилежному напрямку. Натяг може тільки протистояти mgcos () - силі, спрямованої проти неї - не всієї силі тяжіння (виключаючи точку рівноваги, де всі сили однакові).
Давайте припустимо, що коли маятник відхиляється на кут 15 градусів від вертикалі, він рухається зі швидкістю 1,5 м / с. Ми знайдемо силу натягу наступними діями:
Ставлення сили натягу до сили тяжіння (Tg) = 98cos (15) = 98 (0,96) = 94,08 Ньютона
Повний натяг = Tg + Fc = 94,08 + 15 = 109,08 Ньютоновий.
Відео: Мотузковий машина - Фізика в дослідах і експериментах
5
Розрахуйте тертя. Будь-який об`єкт, який тягнеться мотузкою і відчуває силу "гальмування" від тертя іншого об`єкта (або рідини), передає цей вплив натягу в мотузці. Сила тертя між двома об`єктами розраховується також, як і в будь-який інший ситуації - по наступному рівнянню: Сила тертя (зазвичай пишеться як Fr) = (Mu) N, де mu - це коефіцієнт сили тертя між об`єктами і N - звичайна сила взаємодії між об`єктами, або та сила, з якою вони тиснуть один на одного. Відзначимо, що тертя спокою - це тертя, яке виникає в результаті спроби привести об`єкт, що знаходиться в спокої, в рух - відрізняється від тертя руху - тертя, що виникає в результаті спроби змусити об`єкт, що рухається продовжувати рух.
Давайте припустимо, що наш вантаж в 10 кг більше не розгойдується, тепер його буксирують по горизонтальній площині за допомогою мотузки. Припустимо, що коефіцієнт тертя руху землі дорівнює 0,5 і наш вантаж рухається з постійною швидкістю, але нам потрібно надати йому прискорення 1м / с. Ця проблема представляє дві важливі зміни - перша, нам більше не потрібно розраховувати силу натягу по відношенню до сили тяжіння, так як наша мотузка не утримує вантаж на вазі. Друге, нам доведеться розрахувати натяг, обумовлене тертям, також як і викликане прискоренням маси вантажу. Нам потрібно вирішити наступне:
Звичайна сила (N) = 10 кг & 9,8 (прискорення сили тяжіння) = 98 N
Сила тертя руху (Fr) = 0,5 98 N = 49 Ньютоновий
Сила прискорення (Fa) = 10 kg 1 м / с = 10 Ньютоновий
Загальна натяг = Fr + Fa = 49 + 10 = 59 Ньютоновий.
Метод 2 з 2: розрахунок сили натягу на кількох нитках
1
Підніміть вертикальні паралельні вантажі з допомогою блоку. Блоки - це прості механізми, що складаються з підвісної диска, що дозволяє змінювати напрямок сили натягу мотузки. У простій конфігурації блоку, мотузка або кабель йде від підвішеного вантажу вгору до блоку, потім вниз до іншого вантажу, створюючи тим самим дві ділянки мотузки або кабелю. У будь-якому випадку, натяг в кожній з ділянок буде однаковим, навіть якщо обидва кінці будуть натягатися силами різних величин. Для системи двох мас, підвішених вертикально в блоці, сила натягу дорівнює 2g (m1) (M2) / (M2+m1), Де "g" - прискорення сили тяжіння, "m1" - маса першого об`єкта, "m2"- маса другого об`єкта.
Відзначимо наступне, фізичні завдання припускають, що блоки ідеальні - не мають маси, тертя, вони не ламаються, не деформуються і не відокремлюються від мотузки, яка їх підтримує.
Давайте припустимо, що у нас є два вертикально підвішених на паралельних кінцях мотузки вантажу. У одного вантажу маса 10 кг, а у другого - 5 кг. В цьому випадку, нам необхідно розрахувати наступне:
T = 2g (m1) (M2) / (M2+m1)
T = 2 (9,8) (10) (5) / (5 + 10)
T = 19,6 (50) / (15)
T = 980/15
T = 65,33 Ньютоновий.
Відзначимо, що, так як один вантаж важче, проте інші елементи рівні, ця система почне прискорюватися, отже, вантаж 10 кг буде рухатися вниз, змушуючи другий вантаж йти вгору.
2
Підвісьте вантажі, використовуючи блоки з не паралельними вертикальними нитками. Блоки найчастіше використовуються для того, щоб направляти силу натягу в напрямку, відмінному від напрямку вниз або вгору. Якщо, наприклад, вантаж підвішений вертикально до одного кінця мотузки, а інший кінець тримає вантаж у діагональної площині, то чи не паралельна система блоків приймає форму трикутника з кутами в точках з перших вантажем, другим і самим блоком. В цьому випадку, натяг в мотузці залежить як від сили тяжіння, так і від складової сили натягу, яка паралельна до діагональної частини мотузки.
Давайте припустимо, що у нас є система з вантажем в 10 кг (m1), Підвішеним вертикально, з`єднаний з вантажем в 5 кг (m2), Розташованим на похилій площині в 60 градусів (вважається, що цей ухил не дає тертя). Щоб знайти натяг в мотузці, найлегшим шляхом буде спочатку скласти рівняння для сил, що прискорюють вантажі. Далі діємо так:
Підвішений вантаж важче, тут немає тертя, так що ми знаємо, що він прискорюється вниз. Натяг в мотузці тягне вгору, так що він прискорюється по відношенню до рівнодіючої силі F = m1(G) - T, або 10 (9,8) - T = 98 - T.
Ми знаємо, що вантаж на похилій площині прискорюється вгору. Так як вона не має тертя, ми знаємо, що натяг тягне вантаж вгору по площині, а вниз його тягне тільки свою власну вагу. Складова сили, що тягне вниз по похилій, обчислюється як mgsin (), так що в нашому випадку ми можемо сказати, що він прискорюється по відношенню до рівнодіючої силі F = T - m2(G) sin (60) = T - 5 (9,8) (0,87) = T - 42,14.
Якщо ми прирівняємо ці два рівняння, то вийде 98 - T = T - 42,14. Знаходимо Т і отримуємо 2T = 140,14, або T = 70,07 Ньютоновий.
Відео: Липка стрічка - Фізика в дослідах і експериментах
3
Використовуйте кілька ниток, щоб підвісити об`єкт. На закінчення, давайте уявимо, що об`єкт підвішений на "Y-образної" системі мотузок - дві мотузки закріплені на стелі і зустрічаються в центральній точці, з якої йде третя мотузка з вантажем. Сила натягу третьої мотузки очевидна - просте натяг в результаті дії сили тяжіння або m (g). Натягу на двох інших мотузках розрізняються і повинні складати в сумі силу, рівну силі тяжіння вгору у вертикальному положенні і дорівнюють нулю в обох горизонтальних напрямках, припускаючи, що система знаходиться в стані спокою. Натяг в мотузці залежить від маси підвішених вантажів і від кута, на який відхиляється від стелі кожна з мотузок.
Давайте припустимо, що в нашій Y-образній системі нижній вантаж має масу 10 кг і підвішений на двох мотузках, кут однієї з яких складає зі стелею 30 градусів, а кут другий - 60 градусів. Якщо нам потрібно знайти натяг в кожній з мотузок, нам знадобиться розрахувати горизонтальну і вертикальну складові натягу. Щоб знайти T1 (Натяг в тій мотузці, нахил якої 30 градусів) і T2 (Натяг в тій мотузці, нахил якої 60 градусів), потрібно вирішити:
Відповідно до законів тригонометрії, відношення між T = m (g) і T1 і T2 одно косинусу кута між кожною з мотузок і стелею. для T1, cos (30) = 0,87, як для T2, cos (60) = 0,5
Помножте натяг в нижній мотузці (T = mg) на косинус кожного кута, щоб знайти T1 і T2.
Робота в галузі фізики включає вимір результату переходу енергії з однієї системи в іншу, провокуючи рух об`єкта. Роботу використовують для опису дії, що включає силу і переміщення. Наприклад, людина, що стоїть з портфелем насправді не виконує…
Відео: Профілактика опорно-рухового апарату | Таємне тибетське вправу Іван Петрович Богодяж, інженер з Челябінська, зумів відновити функції опорно-рухового апарату після невдалої операції на хребті. Він сконструював для себе тренажери і розробив…
Відео: Пощо Місяць на Землю не падаєНа нашій планеті є безліч аномальних зон, загадки яких людям тільки належить розгадати. У всьому світі відомо про існування місць, де не діють закони гравітації. На Землі багато дивовижних місць, секрети яких так…
Відео: Магнітне поле - Напрямок магнітного поляВантажопідйомна сила магнітного поля, що створюється котушкою зі струмом, визначається силою струму в обмотці, кількістю витків, а також магнітною проникністю матеріалу сердечника. Крім цього, на силу…
Відео: Flight in space. Політ в космос.Полетіти в космос на вертольоті або літаку неможливо. Тому що в космосі немає атмосфери. Там вакуум, а літакам і іншим літальним засобам повітря необхідне. А ось ракеті для польоту він зовсім не обов`язковий.…
Відео: Урок 213. Електричні заряди і їх взаємодія. закон Кулоназгідно закону Кулона, сила взаємодії нерухомих зарядів прямо пропорційна добутку їх модулів, при цьому вона обернено пропорційні квадрату відстані між зарядами. Даний закон справедливий…
Відео: Ось чому не можна спати на правому боціТретину життя людина проводить в стані сну. У деяких тварин - наприклад, у представників сімейства котячих - частка часу, що віддається сну, більш значно. Кожній тварині притаманна певна поза, яка…
Відео: Правильний бодібілдинг - зовнішній вигляд бодібілдера і що таке масаУ цього комп`ютера - маса переваг. Його єдиний недолік - велика маса. У його блоку живлення маса з`єднана з корпусом. Чи у всіх випадках тут йдеться про одну й ту ж…
Відео: Що таке вольт, ампер і ват? Для чайників! (Від чайника!)Одними з основних характеристик будь-якого електроустаткування є напруга і споживана потужність, в зв`язку, з чим на будь-якому приладі (або в паспорті до нього) є інформація про…
"сила" - продовження всесвітнього бестселера "таємниця" від Ронди Берн, яка популяризувала ідею закону тяжіння життєвого успіху. Вийшла в світ у видавництві "Ексмо" в 2011 році.про автораРонда Берн є сценаристом і…
Зміст статті: переваги Дуже часто на профільних форумах можна чути закиди з боку представників силового триборства на адресу бодібілдерів в мінімальної спортивності їх змагань. Культуристи не залишаються в боргу і відповідають тією ж монетою,…
Як вирішити робочу задачу 
Записки спинальників: вправи для опорно-рухового апарату 
Де на землі не діє сила тяжіння 
Яким чином визначити магнітне поле струму 
Чому літає ракета 
Що таке закон кулона 
Чому не можна спати сидячи 
Що таке маса 
Чим відрізняється вольт від ват? 
Сила 
Гібрид пауерлифтера і бодібілдера