Paano makalkula ang lakas na makunat sa pisika

Video.: Digital Newton Meter pengukur tension Force Spring Valve Hamer

Nilalaman

Mga hakbang
Paraan 1 ng 2: Natutukoy ang lakas na makunat sa isang solong strand
Paraan 2 ng 2: Kinakalkula ang lakas na makunat sa maraming mga hibla

Sa pisika, ang isang puwersa ng paghila ay isang puwersa na kumikilos sa isang lubid, kurdon, cable, o isang katulad na bagay o pangkat ng mga bagay. Anumang bagay na hinila, sinuspinde, sinusuportahan, o pinatuyok ng isang lubid, kurdon, cable, at iba pa, ay napapailalim sa isang puwersa ng paghila. Tulad ng lahat ng mga puwersa, ang pag-igting ay maaaring mapabilis ang mga bagay o maging sanhi ng pagkasira ng mga ito.Ang kakayahang kalkulahin ang lakas na makunat ay isang mahalagang kasanayan hindi lamang para sa mga mag-aaral ng pisika, kundi pati na rin para sa mga inhinyero, arkitekto; Ang mga nagtatayo ng matatag na bahay ay kailangang malaman kung ang isang partikular na lubid o kable ay makatiis sa lakas na humihila ng bigat ng bagay upang hindi ito lumubog o gumuho. Simulang basahin ang artikulo upang malaman kung paano makalkula ang makunat na puwersa sa ilang mga pisikal na sistema.

Mga hakbang

Paraan 1 ng 2: Natutukoy ang lakas na makunat sa isang solong strand

1 Tukuyin ang mga puwersa sa bawat dulo ng thread. Ang puwersa ng paghila ng isang naibigay na thread, lubid, ay ang resulta ng mga puwersa na paghila ng lubid sa bawat dulo. Paalala namin sa iyo puwersa = masa × pagpapabilis... Ipagpalagay na ang lubid ay mahigpit, ang anumang pagbabago sa bilis o dami ng isang bagay na nasuspinde mula sa lubid ay magbabago ng pag-igting sa lubid mismo. Huwag kalimutan ang tungkol sa patuloy na pagbilis ng gravity - kahit na ang sistema ay nagpapahinga, ang mga bahagi nito ay mga bagay ng pagkilos ng gravity. Maaari nating ipalagay na ang lakas ng paghila ng isang naibigay na lubid ay T = (m × g) + (m × a), kung saan ang "g" ay ang pagbilis ng gravity ng alinman sa mga bagay na sinusuportahan ng lubid, at ang "a" ay anumang iba pang pagpabilis, kumikilos sa mga bagay.
- Upang malutas ang maraming mga problemang pisikal, ipinapalagay namin perpektong lubid - sa madaling salita, ang aming lubid ay payat, walang masa at hindi mabatak o mabasag.
- Bilang isang halimbawa, isaalang-alang natin ang isang sistema kung saan ang isang pag-load ay nasuspinde mula sa isang kahoy na sinag gamit ang isang solong lubid (tingnan ang imahe). Ni ang pagkarga mismo o paggalaw ng lubid - ang system ay nasa pahinga. Bilang isang resulta, alam namin na upang maging balanse ang pagkarga, ang puwersa ng pag-igting ay dapat na katumbas ng puwersa ng grabidad. Sa madaling salita, ang puwersa ng paghugot (F_t) = Gravity (F_g) = m × g.
  - Ipagpalagay na ang karga ay mayroong isang bigat na 10 kg, samakatuwid, ang lakas na makunat ay 10 kg × 9.8 m / s = 98 Newton.
2 Isaalang-alang ang pagpabilis. Ang gravity ay hindi lamang puwersa na maaaring makaapekto sa paghuhugot ng puwersa ng isang lubid - ang anumang puwersa na inilapat sa isang bagay sa lubid na may pinabilis na gumagawa ng parehong epekto. Kung, halimbawa, ang isang bagay na nasuspinde mula sa isang lubid o cable ay pinabilis ng isang puwersa, kung gayon ang puwersa ng pagpabilis (mass × acceleration) ay idinagdag sa puwersang makunat na nabuo ng bigat ng bagay na iyon.
- Ipagpalagay, sa aming halimbawa, ang isang 10 kg na bigat ay nasuspinde sa isang lubid, at sa halip na nakakabit sa isang kahoy na sinag, hinila ito paitaas na may isang bilis ng 1 m / s. Sa kasong ito, kailangan nating isaalang-alang ang bilis ng pag-load, pati na rin ang pagbilis ng grabidad, tulad ng sumusunod:
  - F_t = F_g + m × a
  - F_t = 98 + 10 kg × 1 m / s
  - F_t = 108 Newton.
3 Isaalang-alang ang angular na pagpabilis. Ang isang bagay sa isang lubid na umiikot sa isang punto na itinuturing na sentro (tulad ng isang pendulum) ay nagbibigay ng pag-igting sa lubid sa pamamagitan ng sentripugal na puwersa. Ang puwersang sentripugal ay ang karagdagang puwersa ng paghila na nilikha ng lubid sa pamamagitan ng "pagtulak" nito papasok upang ang pagkarga ay patuloy na gumagalaw sa isang arko kaysa sa isang tuwid na linya. Kung mas mabilis ang paggalaw ng bagay, mas malaki ang sentripugal na puwersa. Pilit na sentripugal (F_c) ay katumbas ng m × v / r kung saan ang "m" ay ang masa, ang "v" ang bilis, at ang "r" ay ang radius ng bilog kung saan gumagalaw ang pagkarga.
- Dahil ang direksyon at halaga ng sentripugal na puwersa ay nagbabago depende sa kung paano gumagalaw ang bagay at binabago ang bilis nito, ang kabuuang pag-igting sa lubid ay laging parallel sa lubid sa gitnang punto. Tandaan na ang lakas ng grabidad ay patuloy na kumikilos sa bagay at hinihila ito pababa. Kaya't kung ang bagay ay umaayon patayo, buong pag-igting ang Pinakamalakas sa pinakamababang punto ng arc (para sa isang pendulum tinatawag itong punto ng balanse), kapag naabot ng bagay ang maximum na bilis nito, at ang pinakamahina sa tuktok ng arko habang ang bagay ay bumagal.
- Ipagpalagay natin na sa aming halimbawa, ang bagay ay hindi na nagpapabilis paitaas, ngunit nagtatayon tulad ng isang pendulum. Hayaan ang aming lubid na 1.5 m ang haba, at ang aming karga ay gumagalaw sa bilis na 2 m / s, kapag dumadaan sa pinakamababang punto ng swing.Kung kailangan nating kalkulahin ang puwersa ng pag-igting sa pinakamababang punto ng arko, kapag ito ay pinakamalaki, pagkatapos ay kailangan muna nating alamin kung ang pagkarga ay nakakaranas ng pantay na presyon ng gravity sa puntong ito, tulad ng sa estado ng pahinga - 98 Newton. Upang makahanap ng karagdagang lakas na centrifugal, kailangan naming malutas ang mga sumusunod:
  - F_c = m × v / r
  - F_c = 10 × 2/1.5
  - F_c = 10 × 2.67 = 26.7 Mga Newton.
  - Kaya, ang kabuuang pag-igting ay magiging 98 + 26.7 = 124.7 Mga Newton.
4 Tandaan na ang lakas ng paghila dahil sa gravity ay nagbabago habang ang pag-load ay naglalakbay sa arc. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang direksyon at magnitude ng sentripugal na puwersa ay nagbabago habang ang bagay ay umuuga. Sa anumang kaso, kahit na ang lakas ng grabidad ay mananatiling pare-pareho, puwersa ng makunat na lakas dahil sa gravity nagbabago din. Kapag ang swinging object ay hindi sa pinakamababang punto ng arko (punto ng balanse), hinihila ito ng gravity, ngunit hinuhugot ito ng puwersa ng paghila sa isang anggulo. Para sa kadahilanang ito, ang puwersa ng paghila ay dapat labanan ang bahagi ng puwersa ng gravity, at hindi ang kabuuan nito.
- Ang paghati ng lakas ng grabidad sa dalawang mga vector ay maaaring makatulong sa iyo na mailarawan ang estado na ito. Sa anumang punto sa arc ng isang patayo na naka-indayog na bagay, ang lubid ay gumagawa ng isang anggulo na "θ" na may isang linya sa pamamagitan ng punto ng balanse at ang gitna ng pag-ikot. Sa sandaling magsimula ang pag-ugoy ng pendulum, ang puwersang gravitational (m × g) ay nahahati sa 2 mga vector - mgsin (θ), kumikilos nang may pahalang sa arko sa direksyon ng punto ng balanse at mgcos (θ), kumikilos kahilera sa pag-igting puwersa, ngunit sa kabaligtaran. Maaari lamang labanan ng pag-igting ang mgcos (θ) - ang puwersa na nakadirekta laban dito - hindi lahat ng puwersang gravitational (maliban sa punto ng balanse, kung saan ang lahat ng mga puwersa ay pareho).
- Ipagpalagay natin na kapag ang pendulo ay ikiling 15 degree mula sa patayo, gumagalaw ito sa bilis na 1.5 m / s. Mahahanap namin ang lakas na makunat sa pamamagitan ng mga sumusunod na aksyon:
  - Ang ratio ng puwersa ng paghila sa puwersa ng gravitational (T_g) = 98cos (15) = 98 (0.96) = 94.08 Mga Newton
  - Pilit na sentripugal (F_c) = 10 × 1.5 / 1.5 = 10 × 1.5 = 15 Mga Newton
  - Buong pag-igting = T_g + F_c = 94,08 + 15 = 109.08 Mga Newton.
5 Kalkulahin ang alitan. Anumang bagay na hinila ng lubid at nakakaranas ng isang "pagpepreno" na puwersa mula sa alitan ng ibang bagay (o likido) na inililipat ang epektong ito sa pag-igting sa lubid. Ang puwersa ng alitan sa pagitan ng dalawang bagay ay kinakalkula sa parehong paraan tulad ng sa anumang iba pang sitwasyon - gamit ang sumusunod na equation: Puwersa ng alitan (karaniwang nakasulat bilang F_r) = (mu) N, kung saan ang mu ay ang coefficient ng puwersa ng alitan sa pagitan ng mga bagay at ang N ay karaniwang puwersa ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga bagay, o ang puwersang pinilit nila sa bawat isa. Tandaan na ang alitan sa pamamahinga - alitan na nagaganap bilang isang resulta ng pagsubok na dalhin ang isang bagay sa pamamahinga - ay naiiba mula sa alitan ng paggalaw - alitan na nagreresulta mula sa pagsubok na pilitin ang isang gumagalaw na bagay upang panatilihing gumagalaw.
- Ipagpalagay natin na ang aming 10 kg na karga ay hindi na sway, ngayon ay hinihila na pahiga gamit ang isang lubid. Ipagpalagay na ang koepisyent ng alitan ng paggalaw ng mundo ay 0.5 at ang aming karga ay gumagalaw sa isang pare-pareho ang bilis, ngunit kailangan nating bigyan ito ng isang bilis ng 1m / s. Ipinakikilala ng problemang ito ang dalawang mahahalagang pagbabago - una, hindi na namin kailangang kalkulahin ang puwersa ng paghila na may kaugnayan sa gravity, dahil ang aming lubid ay hindi sumusuporta sa bigat. Pangalawa, kakailanganin nating kalkulahin ang pag-igting dahil sa alitan pati na rin dahil sa pagbilis ng dami ng karga. Kailangan nating magpasya sa sumusunod:
  - Karaniwang Puwersa (N) = 10kg & × 9.8 (Pagpapabilis ng Gravity) = 98 N
  - Fractal na puwersa ng paggalaw (F_r) = 0.5 × 98 N = 49 Mga Newton
  - Puwersa ng pagpabilis (F_a) = 10 kg × 1 m / s = 10 Mga Newton
  - Kabuuang pag-igting = F_r + F_a = 49 + 10 = 59 Newton.

Paraan 2 ng 2: Kinakalkula ang lakas na makunat sa maraming mga hibla

1 Iangat ang patayong mga parallel na timbang na may isang kalo. Ang mga bloke ay mga simpleng mekanismo na binubuo ng isang nasuspinde na disc na nagpapahintulot sa direksyon ng lakas na humihila ng lubid na baligtarin. Sa isang simpleng pagsasaayos ng bloke, ang lubid o cable ay tumatakbo mula sa nasuspindeng pagkarga hanggang sa bloke, pagkatapos ay bumaba sa isa pang karga, sa gayon ay lumilikha ng dalawang seksyon ng lubid o cable. Sa anumang kaso, ang pag-igting sa bawat seksyon ay magiging pareho, kahit na ang parehong mga dulo ay hinila ng mga puwersa ng iba't ibang mga lakas. Para sa isang sistema ng dalawang masa na sinuspinde nang patayo sa isang bloke, ang lakas na makunat ay 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), kung saan ang "g" ay ang pagpabilis ng gravity, "m₁"Ang masa ba ng unang bagay," m₂»Ay ang masa ng pangalawang bagay.
- Tandaan ang sumusunod, ipinapalagay na ang mga problemang pisikal ang mga bloke ay perpekto - walang masa, alitan, hindi sila masisira, huwag magpapangit at huwag ihiwalay mula sa lubid na sumusuporta sa kanila.
- Ipagpalagay natin na mayroon tayong dalawang timbang na sinuspinde nang patayo sa mga parallel na dulo ng lubid. Ang isang karga ay may bigat na 10 kg, at ang iba ay may bigat na 5 kg. Sa kasong ito, kailangan nating kalkulahin ang sumusunod:
  - 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 Mga Newton.
- Tandaan na, dahil ang isang timbang ay mas mabigat, ang lahat ng iba pang mga elemento ay pantay, ang sistemang ito ay magsisimulang bumilis, samakatuwid, ang isang 10 kg na timbang ay lilipat pababa, pinipilit ang pangalawang timbang na umakyat.
2 Suspindihin ang mga timbang gamit ang mga bloke na may hindi parallel na patayong mga string. Ang mga bloke ay madalas na ginagamit upang idirekta ang puwersa ng paghila sa isang direksyon maliban sa pataas o pababa. Kung, halimbawa, ang isang pagkarga ay nasuspinde nang patayo mula sa isang dulo ng lubid, at ang kabilang dulo ay humahawak ng pagkarga sa isang dayagonal na eroplano, kung gayon ang di-parallel na sistema ng mga bloke ay kumukuha ng form ng isang tatsulok na may mga anggulo sa mga puntos na may una load, ang pangalawa at ang block mismo. Sa kasong ito, ang pag-igting sa lubid ay nakasalalay pareho sa lakas ng grabidad at sa bahagi ng puwersa ng paghila, na kahilera sa dayagonal na bahagi ng lubid.
- Ipagpalagay natin na mayroon kaming isang system na may karga na 10 kg (m₁), nasuspinde patayo, na konektado sa isang load ng 5 kg (m₂) na matatagpuan sa isang hilig na eroplano na 60 degree (pinaniniwalaan na ang slope na ito ay hindi nagbibigay ng alitan). Upang makita ang pag-igting sa lubid, ang pinakamadaling paraan ay ang unang pagsusulat ng mga equation para sa mga puwersang nagpapabilis sa mga timbang. Susunod, kumikilos kami ng ganito:
  - Ang nasuspindeng pagkarga ay mas mabigat, walang alitan, kaya't alam natin na ito ay bumibilis pababa. Ang pag-igting sa lubid ay humihila paitaas upang ito ay bumilis na patungkol sa nagresultang puwersang F = m₁(g) - T, o 10 (9.8) - T = 98 - T.
  - Alam namin na ang isang karga sa isang hilig na eroplano ay nagpapabilis pataas. Dahil wala itong alitan, alam namin na ang pag-igting ay nakakakuha ng karga sa eroplano, at hinihila ito pababa lamang ang iyong sariling timbang. Ang bahagi ng puwersa na paghila pababa sa isang hilig ay kinakalkula bilang mgsin (θ), kaya't sa aming kaso maaari naming tapusin na ito ay nagpapabilis na patungkol sa nagresultang puwersa F = T - m₂(g) kasalanan (60) = T - 5 (9.8) (0.87) = T - 42.14.
  - Kung pinapantay namin ang dalawang equation na ito, nakakakuha kami ng 98 - T = T - 42.14. Hanapin ang T at kumuha ng 2T = 140.14, o T = 70.07 Mga Newton.
3 Gumamit ng maraming mga hibla upang mabitay ang bagay. Upang tapusin, isipin natin na ang bagay ay nasuspinde mula sa isang "hugis Y" na sistema ng lubid - ang dalawang lubid ay naayos sa kisame at natutugunan sa gitnang puntong nagmula sa pangatlong lubid na may karga. Halata ang puwersa ng paghila ng pangatlong lubid - isang simpleng paghila dahil sa gravity o m (g). Ang mga pag-igting sa iba pang dalawang lubid ay magkakaiba at dapat na magdagdag ng hanggang sa isang puwersang katumbas ng pataas na grabidad sa patayong posisyon at zero sa parehong pahalang na direksyon, sa pag-aakalang ang sistema ay nasa pahinga. Ang pag-igting sa lubid ay nakasalalay sa bigat ng mga nasuspindeng pagkarga at sa anggulo kung saan ang bawat lubid ay naipalayo mula sa kisame.
- Ipagpalagay natin na sa aming sistemang hugis Y, ang ibabang timbang ay may bigat na 10 kg at sinuspinde ng dalawang lubid, ang isa ay 30 degree mula sa kisame at ang isa ay 60 degree. Kung kailangan nating hanapin ang pag-igting sa bawat isa sa mga lubid, kailangan nating kalkulahin ang pahalang at patayong mga sangkap ng pag-igting. Upang hanapin ang T₁ (pag-igting sa lubid, kung saan ang slope ay 30 degree) at T₂ (pag-igting sa lubid na iyon, ang slope kung saan ay 60 degree), kailangan mong magpasya:
  - Ayon sa mga batas ng trigonometry, ang ugnayan sa pagitan ng T = m (g) at T₁ at T₂ katumbas ng cosine ng anggulo sa pagitan ng bawat lubid at kisame. Depensa₁, cos (30) = 0.87, para sa T₂, cos (60) = 0.5
  - I-multiply ang pag-igting sa ilalim ng lubid (T = mg) ng cosine ng bawat anggulo upang makita ang T₁ at T₂.
  - T₁ = 0.87 × m (g) = 0.87 × 10 (9.8) = 85.26 Mga Newton.
  - T₂ = 0.5 × m (g) = 0.5 × 10 (9.8) = 49 Newton.