Напетост (физика): дефиниција, формула, како пронаћи (са дијаграмима и примерима)

Упркос имену, физика напетости не би требало да изазива главобољу студентима физике. Ова уобичајена врста силе се може наћи у било којој стварној примени где је уже или предмет сличан ужету затегнут.

Напетост је сила додира која се преноси кроз уже, жицу, жицу или нешто слично када је силе на супротним крајевима вуку.

На пример, узрокује љуљање гуме које виси о дрветунапетосту конопцу држећи га за грану. Повлачење дна ужета долази од гравитације, док је повлачење према горе од гране која се одупире потезању ужета.

Сила затезања је дуж дужине ужета, а делује подједнако на предмете на оба краја - гуму и грану. На гуми је сила затезања усмерена према горе (јер напетост ужета задржава гуму) док је на грани сила затезања усмерена надоле (затегнути конопац вуче надоле на огранак).

Да бисте пронашли силу напетости на предмету, нацртајте дијаграм слободног тела да бисте видели где та сила мора да делује (било где да се вуче конопац или конопац). Затим пронађитемрежна силада га квантификује.

Напоменути данапетост је само вучна сила. Гурање једног краја опуштеног ужета не изазива никакву напетост. Због тога силу затезања у дијаграму слободног тела увек треба цртати у правцу у којем потез вуче предмет.

У сценарију њихања гуме, као што је претходно поменуто, ако је гумајош увек- то јест, не убрзавајући нагоре или надоле - мора постојати ането сила нула. Пошто су једине две силе које делују на гуму гравитација и напетост које делују у супротним смеровима, те две силе морају бити једнаке.

Математички:Ф​_г ​= Ф.​_т гдеФ_гје сила гравитације, иФ_тје сила напетости, како у њутнима.

Подсетимо да је сила гравитације,Ф_г, једнака је маси објекта помноженој са убрзањем услед гравитацијег. ТакоФ​_г ​= мг = Ф.​_т.

За гуму од 10 кг, сила затезања би тако билаФ_т = 10 кг × 9,8 м / с² = 98 Н.

У истом сценарију, тамо где се конопац повезује са гранчицом дрвета, такође постојинула нето сила. На овом крају ужета, међутим, усмерена је сила затезања на дијаграму слободног теланадоле​​.Међутимвеличина силе затезања је иста: 98 Н.​.

Из овога,навишеконтактна сила коју грана примењује на уже мора бити једнака сили затезања надоле, која је била једнака сили гравитације која делује према доле на гуму: 98 Н.

Уобичајена категорија проблема физике која укључује напетост укључује асистем ременице. Колотур је кружна направа која се врти да би пустила конопац или канап.

Обично проблеми са физиком у средњој школи ременице третирају као без масе и без трења, мада у стварном свету то никада није тачно. Маса ужета се такође обично занемарује.

Претпоставимо да је маса на столу повезана жицом која се савија за 90 степени преко ременице на ивици стола и повезује са висећом масом. Претпоставимо да маса на столу има тежину од 8 Н, а висећи блок с десне стране од 5 Н. Које је убрзање оба блока?

Да бисте то решили, нацртајте засебне дијаграме слободног тела за сваки блок. Затим пронађитенето сила на сваком блокуи користите Њутнов други закон (Ф_нето = ма) да га повеже са убрзањем. (Напомена: доњи индекси „1“ и „2“ су за „лево“, односно „десно“.)

Миса на столу:

Нормална сила и сила гравитације (тежине) блока су уравнотежене, тако да је нето сила од напетости усмерене удесно.

Висећа маса:

С десне стране напетост вуче блок према горе, док га гравитација вуче према доле, памрежна силамора бити разлика између њих.

Имајте на уму да негативи у претходној једначини то означавајупад је негативану овом референтном оквиру и да је коначно убрзање блока (нето сила) усмерено надоле.

Тада, пошто се блокови држе истим ужетом, они доживљавају исту величину силе затезања | Ф_т1|. | = | Ф._т2|. Поред тога, блокови ће се убрзати истом брзином, иако су правци различити, тако да у било којој једначиниаје исти.

Користећи ове чињенице и комбинујући коначне једначине за оба блока:

Размислите о висећем носачу лонаца. Постоје два ужета која држе носач од 30 кг, сваки под углом од 15 степени од углова носача.

Да бисте пронашли напетост било ког ужета,мрежна силау оба правца к и и морају бити уравнотежени.

Почните са дијаграмом слободног тела за носач лонаца.

Од три силе на носачу позната је сила гравитације, која мора бити уравнотежена подједнако у вертикалном смеру обе вертикалне компоненте сила затезања.

и збогФ_{Т.1, г.}= Ф._{Т2, год}​ :

Другим речима, свако уже врши силу од 147 Н нагоре на висећи носач лонаца.

Да бисте одавде дошли до укупне силе затезања сваког ужета, користите тригонометрију.

Тригонометријски однос синуса односи се на и-компоненту, угао и непознату дијагоналну силу затезања дуж ужета са обе стране. Решавање напетости лево:

Ова величина би била иста и на десној страни, мада је смер те силе затезања другачији.

Шта је са хоризонталним силама које врши свако уже?

Тригонометријски однос тангенте повезује непознату к-компоненту са познатом и-компонентом и углом. Решење за к-компоненту:

Будући да су и водоравне силе уравнотежене, ово мора бити исте величине силе коју врши уже удесно, у супротном смеру.