Neskatoties uz nosaukumu, spriedzes fizika nedrīkst radīt galvassāpes fizikas studentiem. Šis parastais spēka veids ir atrodams jebkurā reālās pasaules lietojumā, kur virve vai ropelike objekts tiek pievilkts.
Fizikas spriedzes definīcija
Sasprindzinājums ir kontakta spēks, kas tiek pārnests caur virvi, auklu, stiepli vai kaut ko līdzīgu, kad pretējā gala spēki to velk.
Piemēram, riepu šūpoles, kas karājas pie koka, izraisaspriedzivirvē, kas tur to pie zara. Virves apakšdaļas vilkšana rodas no gravitācijas, savukārt augšup vērstā vilkšana ir no zara, kas pretojas virves vilkšanai.
Spriegojuma spēks ir visā troses garumā, un tas vienādi iedarbojas uz priekšmetiem abos galos - riepu un zaru. Uz riepas spriedzes spēks tiek virzīts uz augšu (jo virves spriedze tur riepu uz augšu) kamēr uz filiāles spriedzes spēks tiek virzīts uz leju (pievilktā virve velk uz leju filiāle).
Kā atrast spriedzes spēku
Lai atrastu objekta spriedzes spēku, uzzīmējiet brīvā ķermeņa diagrammu, lai redzētu, kur jāpieliek šis spēks (visur, kur tiek mācīta virve vai aukla). Tad atrodiet
Pieraksti tospriedze ir tikai vilces spēks. Spiešana uz vaļīgas auklas viena gala nerada spriedzi. Tāpēc brīvā ķermeņa diagrammas spriedzes spēks vienmēr jāvelk virzienā, kurā aukla velk objektu.
Riepu šūpošanas scenārijā, kā minēts iepriekš, ja riepa irjoprojām- tas ir, nepaātrināties augšup vai lejup - jābūt atīrais spēks ir nulle. Tā kā vienīgie divi spēki, kas iedarbojas uz riepu, ir gravitācija un spriegums, kas darbojas pretējos virzienos, šiem diviem spēkiem jābūt vienādiem.
Matemātiski:Fg = Ft kurFgir gravitācijas spēks, unFtir spriedzes spēks, abi ņūtonos.
Atgādinām, ka gravitācijas spēks,Fg, ir vienāds ar objekta masu, reizinot ar gravitācijas radīto paātrinājumug. TātadFg = mg = Ft.
10 kg smagai riepai tādējādi būtu spriedzes spēksFt = 10 kg × 9,8 m / s2 = 98 N.
Tajā pašā scenārijā, kur virve savienojas ar koka zaru, ir arīnulle neto spēka. Šajā virves galā tomēr ir vērsts spriedzes spēks brīvā ķermeņa diagrammāuz leju.Tomērsprieguma spēka lielums ir vienāds: 98 N.
No tā,uz augšusaskares spēkam, ko zars pieliek virvei, jābūt tādam pašam kā sprieguma spēkam uz leju, kas bija tāds pats kā smaguma spēks, kas iedarbojas uz riepu uz leju: 98 N.
Spriedzes spēks skriemeļu sistēmās
Kopējā fizikas problēmu kategorija, kas saistīta ar spriedzi, ietver:skriemeļu sistēma. Skriemeļa ir apļveida ierīce, kas griežas, lai izlaistu virvi vai auklu.
Parasti vidusskolas fizikas problēmas skriemeļus traktē kā bez masas un berzes, lai gan reālajā pasaulē tā nekad nav taisnība. Parasti tiek ignorēta arī troses masa.
Piedziņas skriemelis
Pieņemsim, ka masu uz galda savieno virkne, kas 90 grādiem noliecas virs skriemeļa galda malā un savienojas ar karājas masu. Pieņemsim, ka uz galda esošās masas svars ir 8 N, bet labajā pusē esošais piekaramā bloka svars ir 5 N. Kāds ir abu bloku paātrinājums?
Lai to atrisinātu, katram blokam uzzīmējiet atsevišķas brīvā ķermeņa diagrammas. Tad atrodiettīrais spēks katram blokamun izmantot Ņūtona otro likumu (Ftīkls = ma), lai to saistītu ar paātrinājumu. (Piezīme: zemāk esošie abonementi "1" un "2" ir attiecīgi "pa kreisi" un "pa labi".)
Mise uz galda:
Bloka normālais spēks un smaguma spēks (svars) ir līdzsvaroti, tāpēc tīrais spēks ir viss no sprieguma, kas vērsts uz labo pusi.
F_ {neto, 1} = F_ {t1} = m_1a
Piekaramā masa:
Labajā pusē spriedze velk bloku uz augšu, bet gravitācija - uz leju, tāpēcneto spēksjābūt atšķirībai starp tām.
F_ {neto, 2} = F_ {t2} -m_2g = -m_2a
Ņemiet vērā, ka iepriekšējā vienādojuma negatīvi to apzīmēuz leju ir negatīvsšajā atskaites sistēmā un ka bloka galīgais paātrinājums (lietderīgais spēks) ir vērsts uz leju.
Tad, tā kā blokus tur viena un tā pati virve, tie izjūt tādu pašu sprieguma spēka lielumu | Ft1| = | Ft2|. Turklāt bloki paātrināsies ar tādu pašu ātrumu, lai gan virzieni ir atšķirīgi, tāpēc abos vienādojumosair tāds pats.
Izmantojot šos faktus un apvienojot abu bloku galīgos vienādojumus:
a = \ frac {m_2} {m_1 + m_2} g = \ frac {5} {8 + 5} (9,8) = 3,77 \ teksts {m / s} ^ 2
Spriedzes spēks divās dimensijās
Apsveriet piekārto podu plauktu. Ir divas troses, kas tur 30 kg svaru plauktu, katra 15 grādu leņķī no plaukta stūriem.
Lai atrastu spriedzi kādā no virvēm,neto spēksgan x, gan y virzienā jābūt līdzsvarotiem.
Sāciet ar katla plaukta brīvā korpusa diagrammu.
No trim plauktiem, kas atrodas uz plaukta, ir zināms smaguma spēks, un tam vertikālajā virzienā jābūt līdzsvarotam ar abiem sprieguma spēku vertikālajiem komponentiem.
F_g = mg = F_ {T1, y} + F_ {T2, y}
un tāpēcFT1, y= FT2, y :
30 \ reizes 9,8 = 2 F_ {T1, y} \ nozīmē F_ {T1, y} = 147 \ teksts {N}
Citiem vārdiem sakot, katra virve uz pakaramā katla plaukta iedarbina 147 N spēku uz augšu.
Lai no šejienes nonāktu pie katras auklas kopējā sasprindzinājuma spēka, izmantojiet trigonometriju.
Sinusa trigonometriskā attiecība attiecas uz y-komponentu, leņķi un nezināmo spriegojuma diagonālo spēku gar virvi abās pusēs. Kreisās puses spriedzes risināšana:
\ sin {15} = \ frac {147} {F_ {T1}} \ nozīmē F_ {T1} = \ frac {147} {\ sin {15}} = 568 \ text {N}
Šis lielums būtu vienāds arī labajā pusē, lai gan šī spriedzes spēka virziens ir atšķirīgs.
Kā ir ar horizontālajiem spēkiem, kurus katra virve izdara?
Pieskares trigonometriskā sakarība nezināmo x komponentu saista ar zināmo y komponentu un leņķi. X komponenta risināšana:
\ tan {15} = \ frac {147} {F_ {T1, x}} \ nozīmē F_ {T1, x} = \ frac {147} {\ tan {15}} = 548.6 \ text {N}
Tā kā horizontālie spēki ir arī līdzsvaroti, tam jābūt vienādam spēka lielumam, ko virve iedarbina pa labi, pretējā virzienā.