İçerik

• adımlar
• Yöntem 1/2: Tek bir tel üzerindeki çekme kuvvetinin belirlenmesi
• Yöntem 2/2: Birden çok tel üzerindeki çekme kuvvetinin hesaplanması

Fizikte çekme kuvveti, bir ip, kordon, kablo veya benzer bir nesne veya nesne grubuna etki eden bir kuvvettir. Bir ip, kordon, kablo vb. tarafından çekilen, asılan, desteklenen veya sallanan her şey bir çekme kuvvetine tabidir. Tüm kuvvetler gibi, gerilim de nesneleri hızlandırabilir veya onların deforme olmasına neden olabilir.Çekme kuvvetini hesaplama yeteneği sadece fizik öğrencileri için değil, mühendisler, mimarlar için de önemli bir beceridir; Sabit evler inşa edenler, belirli bir ipin veya kablonun, sarkmaması veya çökmemesi için nesnenin ağırlığının çekme kuvvetine dayanıp dayanamayacağını bilmelidir. Bazı fiziksel sistemlerde çekme kuvvetinin nasıl hesaplanacağını öğrenmek için makaleyi okumaya başlayın.

adımlar

Yöntem 1/2: Tek bir tel üzerindeki çekme kuvvetinin belirlenmesi

1. 1 İpliğin her iki ucundaki kuvvetleri belirleyin. Belirli bir ipin, ipin çekme kuvveti, ipi her iki uçtan çeken kuvvetlerin sonucudur. Size hatırlatıyoruz kuvvet = kütle × ivme... Halatın gergin olduğunu varsayarsak, ipte asılı duran bir cismin ivmesindeki veya kütlesindeki herhangi bir değişiklik halatın kendisindeki gerilimi değiştirecektir. Yerçekiminin sabit ivmesini unutmayın - sistem hareketsiz olsa bile, bileşenleri yerçekimi eyleminin nesneleridir. Belirli bir ipin çekme kuvvetinin T = (m × g) + (m × a) olduğunu varsayabiliriz, burada “g”, ip tarafından desteklenen herhangi bir nesnenin yerçekimi ivmesidir ve “a”, nesnelere etki eden diğer herhangi bir ivme.
   • Birçok fiziksel problemi çözmek için, mükemmel ip - yani ipimiz incedir, kütlesi yoktur ve esneme ve kopma özelliği yoktur.
   • Örnek olarak, tek bir halat kullanarak bir yükün ahşap bir kirişe asıldığı bir sistemi ele alalım (resme bakın). Ne yükün kendisi ne de ip hareket eder - sistem hareketsizdir. Sonuç olarak, yükün dengede olması için çekme kuvvetinin yerçekimi kuvvetine eşit olması gerektiğini biliyoruz. Başka bir deyişle, Çekme kuvveti (F_T) = Yerçekimi (F_G) = m × g.
     • Yükün kütlesinin 10 kg olduğunu varsayalım, bu nedenle çekme kuvveti 10 kg × 9.8 m / s = 98 Newton.
2. 2 Hızlanmayı düşünün. Bir halatın çekme kuvvetini etkileyebilecek tek kuvvet yerçekimi değildir - ip üzerindeki bir nesneye ivme ile uygulanan herhangi bir kuvvet aynı etkiyi yaratır. Örneğin, bir ipe veya kabloya asılan bir cisim bir kuvvetle hızlandırılırsa, o cismin ağırlığı tarafından üretilen çekme kuvvetine ivme kuvveti (kütle × ivme) eklenir.
   • Örneğimizde 10 kg'lık bir ağırlığın bir ipe asıldığını ve tahta bir kirişe takılmak yerine 1 m/s'lik bir ivmeyle yukarı doğru çekildiğini varsayalım. Bu durumda, yükün ivmesini ve yerçekimi ivmesini aşağıdaki gibi hesaba katmamız gerekir:
     • F_T = F_G + m × bir
     • F_T = 98 + 10 kg × 1 m/s
     • F_T = 108 Newton.
3. 3 Açısal ivmeyi düşünün. Bir ip üzerinde merkez olarak kabul edilen bir nokta etrafında dönen bir cisim (bir sarkaç gibi) merkezkaç kuvveti ile ipe gerilim uygular. Merkezkaç kuvveti, yükün düz bir çizgide değil de bir yayda hareket etmeye devam etmesi için ipi içe doğru "iterek" oluşturduğu ek çekme kuvvetidir. Nesne ne kadar hızlı hareket ederse, merkezkaç kuvveti o kadar büyük olur. Merkezkaç kuvveti (F_C) m × v / r'ye eşittir, burada "m" kütle, "v" hız ve "r" yükün hareket ettiği dairenin yarıçapıdır.
   • Merkezkaç kuvvetinin yönü ve değeri cismin nasıl hareket ettiğine ve hızının değişmesine bağlı olarak değiştiğinden, ip üzerindeki toplam gerilme merkez noktasındaki ipe daima paraleldir. Yerçekimi kuvvetinin sürekli olarak cisme etki ettiğini ve onu aşağı çektiğini unutmayın. Yani nesne dikey olarak sallanıyorsa, tam gerilim en güçlü yayın en alt noktasında (bir sarkaç için buna denge noktası denir), nesne maksimum hızına ulaştığında ve en güçsüz nesne yavaşlarken yayın tepesinde.
   • Örneğimizde cismin artık yukarı doğru ivmelenmediğini, bir sarkaç gibi sallandığını varsayalım. Halatımız 1.5 m uzunluğunda olsun ve salınımın en alt noktasından geçerken yükümüz 2 m/s hızla hareket etsin.Arkın en alt noktasındaki, en büyük olduğu zamandaki gerilim kuvvetini hesaplamamız gerekiyorsa, o zaman önce yükün bu noktada, dinlenme durumunda olduğu gibi - 98 Newton'da eşit yerçekimi basıncı yaşayıp yaşamadığını bulmamız gerekir. Ek merkezkaç kuvveti bulmak için aşağıdakileri çözmemiz gerekir:
     • F_C = m × v / r
     • F_C = 10 × 2/1.5
     • F_C = 10 × 2.67 = 26,7 Newton.
     • Böylece toplam gerilim 98 + 26.7 = olacaktır. 124.7 Newton.
4. 4 Yük ark boyunca hareket ettikçe yerçekiminden kaynaklanan çekme kuvvetinin değiştiğine dikkat edin. Yukarıda belirtildiği gibi, nesne sallandıkça merkezkaç kuvvetinin yönü ve büyüklüğü değişir. Her durumda, yerçekimi kuvveti sabit kalsa da, yerçekimi nedeniyle net çekme kuvveti de değişir. Sallanan nesne olduğunda olumsuzluk yayın en alt noktasında (denge noktası), yerçekimi onu aşağı çeker, ancak çekme kuvveti onu bir açıyla yukarı çeker. Bu nedenle, çekme kuvveti, yerçekimi kuvvetinin tamamına değil, bir kısmına direnmelidir.
   • Yerçekimi kuvvetini iki vektöre bölmek, bu durumu görselleştirmenize yardımcı olabilir. Dikey olarak sallanan bir nesnenin yayının herhangi bir noktasında, ip, denge noktası ve dönme merkezinden geçen bir çizgiyle "θ" açısı yapar. Sarkaç sallanmaya başlar başlamaz, yerçekimi kuvveti (m × g) 2 vektöre bölünür - denge noktası yönünde yaya teğet olarak etki eden mgsin (θ) ve gerilime paralel hareket eden mgcos (θ) kuvvet, ancak ters yönde. Gerilim sadece mgcos'a (θ) - kendisine yöneltilen kuvvete - tüm yerçekimi kuvvetine dayanamaz (tüm kuvvetlerin aynı olduğu denge noktası hariç).
   • Sarkaç düşeyden 15 derece yatırıldığında 1,5 m/s hızla hareket ettiğini varsayalım. Çekme kuvvetini aşağıdaki eylemlerle bulacağız:
     • Çekme kuvvetinin yerçekimi kuvvetine oranı (T_G) = 98cos (15) = 98 (0.96) = 94.08 Newton
     • Merkezkaç kuvveti (F_C) = 10 × 1.5 / 1.5 = 10 × 1.5 = 15 Newton
     • Tam gerilim = T_G + F_C = 94,08 + 15 = 109.08 Newton.
5. 5 Sürtünmeyi hesaplayın. Halat tarafından çekilen ve başka bir nesnenin (veya sıvının) sürtünmesinden "frenleme" kuvvetine maruz kalan herhangi bir nesne, bu etkiyi halattaki gerilime aktarır. İki nesne arasındaki sürtünme kuvveti, diğer durumlarda olduğu gibi hesaplanır - aşağıdaki denklem kullanılarak: Sürtünme kuvveti (genellikle F olarak yazılır)_r) = (mu) N, burada mu nesneler arasındaki sürtünme kuvvetinin katsayısıdır ve N, nesneler arasındaki olağan etkileşim kuvveti veya birbirlerine baskı yaptıkları kuvvettir. Duran sürtünmenin - hareketsiz bir cismi harekete geçirmeye çalışmanın bir sonucu olarak ortaya çıkan sürtünmenin - hareket sürtünmesinden - hareketli bir cismi hareket etmeye zorlamaktan kaynaklanan sürtünmeden farklı olduğuna dikkat edin.
   • 10 kg'lık yükümüzün artık sallanmadığını varsayalım, şimdi yatay olarak bir ip ile çekilmektedir. Dünyanın hareketinin sürtünme katsayısının 0,5 olduğunu ve yükümüzün sabit bir hızla hareket ettiğini varsayalım, ancak ona 1m/s ivme vermemiz gerekiyor. Bu problem iki önemli değişiklik getiriyor - ilk olarak, ipimiz ağırlığı desteklemediği için artık çekme kuvvetini yerçekimine göre hesaplamamıza gerek yok. İkinci olarak, hem sürtünmeden hem de yükün kütlesinin ivmesinden kaynaklanan gerilimi hesaplamamız gerekecek. Aşağıdakilere karar vermemiz gerekiyor:
     • Sıradan Kuvvet (N) = 10kg & × 9.8 (Yerçekimi ile İvme) = 98 N
     • Sürtünme hareketi kuvveti (F_r) = 0,5 × 98 N = 49 Newton
     • Hızlanma kuvveti (F_a) = 10 kg × 1 m/s = 10 Newton
     • Toplam gerilim = F_r + F_a = 49 + 10 = 59 Newton.

Yöntem 2/2: Birden çok tel üzerindeki çekme kuvvetinin hesaplanması

1. 1 Bir kasnak ile dikey paralel ağırlıkları kaldırın. Bloklar, ipin çekme kuvvetinin yönünün tersine çevrilmesini sağlayan asılı bir diskten oluşan basit mekanizmalardır. Basit bir blok konfigürasyonunda, halat veya kablo, asılı yükten bloğa, ardından başka bir yüke doğru ilerler, böylece iki halat veya kablo bölümü oluşturur. Her durumda, her iki uç farklı büyüklükteki kuvvetler tarafından çekilse bile, bölümlerin her birindeki gerilim aynı olacaktır. Bir blokta dikey olarak asılı duran iki kütleli bir sistem için, çekme kuvveti 2g'dir (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), burada "g" yerçekimi ivmesidir, "m₁"İlk nesnenin kütlesi," m₂»İkinci nesnenin kütlesidir.
   • Aşağıdakilere dikkat edin, fiziksel problemler bloklar mükemmel - Kütlesi, sürtünmesi yoktur, kırılmazlar, deforme olmazlar ve onları destekleyen ipten ayrılmazlar.
   • Halatın paralel uçlarında dikey olarak asılı iki ağırlığımız olduğunu varsayalım. Bir yükün kütlesi 10 kg, diğerinin ağırlığı 5 kg'dır. Bu durumda, aşağıdakileri hesaplamamız gerekir:
     • 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 Newton.
   • Dikkat edin, bir ağırlık daha ağır olduğu için diğer tüm unsurlar eşit olduğundan, bu sistem hızlanmaya başlayacak, bu nedenle 10 kg'lık bir ağırlık aşağı doğru hareket edecek ve ikinci ağırlığı yukarı çıkmaya zorlayacaktır.
2. 2 Paralel olmayan dikey dizilere sahip blokları kullanarak ağırlıkları askıya alın. Bloklar genellikle çekme kuvvetini yukarı veya aşağı yön dışında yönlendirmek için kullanılır. Örneğin, bir yük halatın bir ucundan dikey olarak asılıysa ve diğer ucu yükü çapraz bir düzlemde tutuyorsa, paralel olmayan blok sistemi, birinci ile noktalarda açıları olan bir üçgen şeklini alır. yük, ikinci ve bloğun kendisi. Bu durumda halattaki gerilim hem yerçekimi kuvvetine hem de çekme kuvvetinin halatın köşegen kısmına paralel olan bileşenine bağlıdır.
   • 10 kg (m) yükü olan bir sistemimiz olduğunu varsayalım.₁), dikey olarak asılı, 5 kg'lık bir yüke bağlı (m₂) 60 derecelik eğimli bir düzlemde bulunur (bu eğimin sürtünme vermediğine inanılır). İpteki gerilimi bulmanın en kolay yolu, önce ağırlıkları hızlandıran kuvvetler için denklemler yazmaktır. Ardından, şöyle davranıyoruz:
     • Askıdaki yük daha ağırdır, sürtünme yoktur, dolayısıyla aşağıya doğru hızlandığını biliyoruz. Halattaki gerilim yukarıya doğru çekilir ve sonuçta ortaya çıkan kuvvet F = m'ye göre hızlanır.₁(g) - T veya 10 (9.8) - T = 98 - T.
     • Eğik bir düzlem üzerindeki bir yükün yukarı doğru ivmelendiğini biliyoruz. Sürtünme olmadığı için gerilimin yükü uçakta yukarı ve aşağı doğru çektiğini biliyoruz. sadece kendi ağırlığın. Eğimi aşağı çeken kuvvetin bileşeni mgsin (θ) olarak hesaplanır, bu nedenle bizim durumumuzda F = T - m bileşke kuvvetine göre hızlandığı sonucuna varabiliriz.₂(g) günah (60) = T - 5 (9.8) (0.87) = T - 42.14.
     • Bu iki denklemi eşitlersek 98 - T = T - 42.14 elde ederiz. T'yi bulun ve 2T = 140.14 olsun veya T = 70.07 Newton.
3. 3 Nesneyi asmak için birden çok ip kullanın. Sonuç olarak, nesnenin "Y-şekilli" bir halat sisteminden asıldığını hayal edelim - iki halat tavana sabitlenir ve yük ile üçüncü halatın geldiği merkez noktada buluşur. Üçüncü ipin çekme kuvveti açıktır - yerçekimi veya m (g) nedeniyle basit bir çekme. Diğer iki halat üzerindeki gerilimler farklıdır ve sistemin durağan olduğu varsayılarak, dikey konumda yukarı doğru yerçekimine eşit ve her iki yatay yönde sıfıra eşit bir kuvvete eşit olmalıdır. Halattaki gerilim, asılı yüklerin ağırlığına ve her bir ipin tavandan saptığı açıya bağlıdır.
   • Y-şekilli sistemimizde alt ağırlığın 10 kg kütleye sahip olduğunu ve biri tavandan 30 derece, diğeri 60 derece olmak üzere iki iple asıldığını varsayalım. Halatların her birinde gerilimi bulmamız gerekiyorsa, gerilimin yatay ve dikey bileşenlerini hesaplamamız gerekir. T'yi bulmak için₁ (eğimi 30 derece olan ipteki gerginlik) ve T₂ (eğimi 60 derece olan o ipteki gerginlik), karar vermeniz gerekir:
     • Trigonometri yasalarına göre, T = m (g) ile T arasındaki ilişki₁ ve T₂ iplerin her biri ile tavan arasındaki açının kosinüsüne eşittir. Kale₁, cos (30) = 0.87, T için₂, çünkü (60) = 0,5
     • T'yi bulmak için alt ipteki gerilimi (T = mg) her açının kosinüsü ile çarpın.₁ ve T₂.
     • T₁ = 0,87 × m (g) = 0,87 × 10 (9,8) = 85.26 Newton.
     • T₂ = 0,5 × m (g) = 0,5 × 10 (9,8) = 49 Newton.