ТРАНСЛЯЦИОННОЕ РАВНОВЕСИЕ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ПРИМЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Поступательное равновесие является состоянием , в котором объект как целое , когда все силы , действующие на них, смещение, давая в результате чистый сила равна нулю. Математически это эквивалентно утверждению, что F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, где F ₁ , F ₂ , F ₃ … - задействованные силы.

Тот факт, что тело находится в поступательном равновесии, не означает, что оно обязательно находится в состоянии покоя. Это частный случай определения, данного выше. Объект может находиться в движении, но при отсутствии ускорения это будет равномерное прямолинейное движение.

Рисунок 1. Трансляционный баланс важен для большого количества видов спорта. Источник: Pixabay.

Итак, если тело находится в состоянии покоя, так и будет. И если у него уже есть движение, у него будет постоянная скорость. В общем, движение любого объекта - это композиция поступлений и вращений. Перевод может быть таким, как показано на рисунке 2: линейным или криволинейным.

Но если одна из точек объекта зафиксирована, то единственный шанс, что он может двигаться, - это повернуться. Примером этого является компакт-диск с фиксированным центром. Компакт-диск может вращаться вокруг оси, проходящей через эту точку, но не перемещаться.

Когда объекты имеют фиксированные точки или опираются на поверхности, мы говорим о связях. Связи взаимодействуют, ограничивая движения, которые объект может совершать.

Определение поступательного равновесия

Для частицы, находящейся в равновесии, необходимо обеспечить, чтобы:

F _R = 0

Или в суммировании:

Ясно, что для того, чтобы тело находилось в поступательном равновесии, силы, действующие на него, должны каким-то образом компенсироваться, чтобы их равнодействующая была равна нулю.

Таким образом, объект не будет испытывать ускорения, и все его частицы находятся в состоянии покоя или совершают прямолинейные перемещения с постоянной скоростью.

Теперь, если объекты могут вращаться, они обычно будут. Вот почему большинство движений состоит из комбинаций поступательного и вращательного движения.

Вращение объекта

Когда важен вращательный баланс, может потребоваться убедиться, что объект не вращается. Поэтому вам нужно изучить, действуют ли на него крутящие моменты или моменты.

Крутящий момент - это величина вектора, от которой зависят вращения. Для этого требуется сила, но также важна точка приложения силы. Чтобы прояснить идею, рассмотрим протяженный объект, на который действует сила F, и посмотрим, способен ли он производить вращение вокруг некоторой оси O.

Уже интуитивно понятно, что, толкая объект в точке P с силой F, можно заставить его вращаться вокруг точки O с вращением против часовой стрелки. Но также важно направление, в котором применяется сила. Например, сила, приложенная к фигуре в середине, не заставит объект вращаться, хотя, безусловно, может его переместить.

Рисунок 2. Различные способы приложения силы к большому объекту, только на крайнем левом рисунке получается эффект вращения. Источник: самодельный.

Приложение силы непосредственно к точке O также не повернёт объект. Итак, ясно, что для достижения эффекта вращения сила должна быть приложена на определенном расстоянии от оси вращения, и линия ее действия не должна проходить через эту ось.

Определение крутящего момента

Крутящий момент или момент силы, обозначаемый как τ, величина вектора, отвечающая за объединение всех этих фактов, определяется как:

Вектор r направлен от оси вращения к точке приложения силы, и важно участие угла между r и F. Следовательно, величина крутящего момента выражается как:

Самый эффективный крутящий момент возникает, когда r и F перпендикулярны.

Теперь, если желательно, чтобы вращений не было или они происходили с постоянным угловым ускорением, необходимо, чтобы сумма крутящих моментов, действующих на объект, была равна нулю, аналогично тому, что было рассмотрено для сил:

Условия равновесия

Равновесие означает стабильность, гармонию и равновесие. Для того, чтобы движение объекта имело эти характеристики, должны соблюдаться условия, описанные в предыдущих разделах:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Первое условие гарантирует поступательное равновесие, а второе - вращательное равновесие. Оба должны быть выполнены, если объект должен оставаться в статическом равновесии (отсутствие какого-либо движения).

Приложения

Условия равновесия применимы ко многим конструкциям, так как при строительстве зданий или различных объектов это делается с намерением, чтобы их части оставались в тех же положениях относительно друг друга. Другими словами, объект не разваливается.

Это важно, например, при строительстве мостов, которые прочно держатся под ногами, или при проектировании пригодных для жилья конструкций, которые не меняют своего положения или имеют тенденцию опрокидываться.

Хотя считается, что равномерное прямолинейное движение - это крайнее упрощение движения, которое редко встречается в природе, следует помнить, что скорость света в вакууме постоянна, а скорость звука в воздухе тоже, если Считаем среду однородной.

Во многих искусственных мобильных сооружениях важно поддерживать постоянную скорость: например, на эскалаторах и сборочных линиях.

Примеры

Это классическое упражнение на натяжение, которое удерживает лампу в равновесии. Известно, что лампа весит 15 кг. Найдите значения напряжений, необходимых для удержания его в этом положении.

Рис. 3. Равновесие лампы гарантируется применением условия поступательного равновесия. Источник: самодельный.

Решение

Чтобы решить эту проблему, мы сосредотачиваемся на узле, где встречаются три струны. Соответствующие схемы свободного тела для узла и лампы показаны на рисунке выше.

Вес лампы W = 5 кг. 9,8 м / с ² = 49 Н. Для того чтобы лампа находилась в равновесии, достаточно выполнения первого условия равновесия:

Напряжения Т ₁ и Т ₂ необходимо разложить:

Это система двух уравнений с двумя неизвестными, ответ которой: T ₁ = 24,5 N и T ₂ = 42,4 N.

Ссылки

1. Рекс, А. 2011. Основы физики. Пирсон. 76 - 90.
2. Сервей, Р., Джуэтт, Дж. (2008). Физика для науки и техники. Объем 1. 7 ^ма . Под ред. Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Основы физики. 9 ^на ред. Cengage обучения. 99-112.
4. Типпенс, П. 2011. Физика: концепции и приложения. 7-е издание. Макгроу Хилл. 71 - 87.
5. Уокер, Дж. 2010. Физика. Эддисон Уэсли. 332-346.