КОЈА ЈЕ РАВНОТЕЖА ЧЕСТИЦЕ? (СА ПРИМЕРИМА) - ФИЗИЧКИ - 2025

Равнотежа честица је стање у којем је честица када су спољне силе које делују на њих међусобно отказан. То значи да одржава константно стање на такав начин да се може догодити на два различита начина, у зависности од конкретне ситуације.

Прво је у статичкој равнотежи у којој је честица непокретна; а други је динамичка равнотежа, при чему се сабирање сила поништава, али ипак честица има једнолико правоцртно кретање.

Слика 1. Формирање стијена у равнотежи. Извор: Пикабаи.

Модел честица је веома корисна апроксимација за проучавање кретања тела. Састоји се у претпоставци да је сва маса тела концентрисана у једној тачки, без обзира на величину предмета. На овај начин можете да представите планету, аутомобил, електрон или билијар куглу.

Резултатна сила

Тачка која представља предмет је та где делују силе које утичу на њега. Те силе могу бити замењени са једним који има исти ефекат који се зове мрежа Добијени силе или силе и обележено као Ф _Р или Ф _Н .

Према Невтоновом другом закону, када постоји неуравнотежена резултантна сила, тело доживљава убрзање пропорционално сили:

Ф _Р = ма

Где је а убрзање које објект добија захваљујући деловању силе а м је маса објекта. Шта се догађа ако тело није убрзано? Тачно оно што је назначено на почетку: тело је у мировању или се креће уједначеним правокутним кретањем, коме недостаје убрзање.

За честицу која је у равнотежи важи да се осигура да:

Ф _Р = 0

Пошто додавање вектора не значи нужно и додавање модула, вектори се морају декомпонирати. Дакле, ваљано је изразити:

Ф _к = ма _к = 0; Ф _и = ма _и = 0; Ф _з = ма _з = 0

Дијаграми слободног тела

Да би се приказале силе које делују на честицу, прикладно је направити дијаграм слободног тела, у коме су све силе које делују на објект представљене стрелицама.

Горе наведене једначине су векторске природе. При растављању сила разликују се знаковима. На овај начин могуће је да сума његових компоненти буде једнака нули.

Следеће су важне смернице које ће цртеж учинити корисним:

- Одаберите референтни систем у којем је највећа количина силе смештена на координатним осовинама.

- Тежина се увек повлачи окомито на доле.

- У случају две или више површина у додиру, постоје нормалне силе, које се увек извлаче притиском на тело и окомито на површину која га врши.

- За честицу која се налази у равнотежи могу постојати трења паралелна са контактном површином и супротставити се могућем кретању, ако се честица разматра у мировању или дефинитивно у опозицији, ако се честица помера са МРУ (уједначеним правоугаоним кретањем).

- Ако постоји уже, напетост се увек повлачи уз њега и повлачи тело.

Начини примене равнотежног услова

Слика 2. Две силе примењене на различите начине на исто тело. Извор: селф маде.

Две силе једнаке величине и супротног смера и смера

На слици 2 приказана је честица на коју дјелују двије силе. На слици са леве стране, честица добија акцију две силе Ф ₁ и Ф ₂ који имају исту величину и делују у истом правцу и у супротним правцима.

Честица је у равнотежи, али без обзира на достављене информације, није могуће знати је ли равнотежа статичка или динамичка. Потребно је више информација о инерцијалном референтном оквиру из којег се објект посматра.

Две силе различите величине, једнаког и супротног смера

Та цифра у центру показује исти честица, што овога пута није у равнотежи, јер је интензитет силе П ₂ је већа од Ф ₁ . Стога постоји небалансирани снага и објекат има убрзање у истом смеру као Ф ₂ .

Две силе једнаке величине и различитог смера

Коначно, на слици десно видимо тело које није ни у равнотежи. Иако су Ф ₁ и Ф ₂ једнаке величине, сила Ф ₂ није у истом смеру као 1. вертикална компонента Ф ₂ није контрапродуктиван било који други и честице доживљава убрзање у том правцу.

Три силе различитог смера

Да ли честица изложена три силе може бити у равнотежи? Да, под условом да приликом постављања краја и краја сваког, добијена фигура представља троугао. У овом случају сума вектора је нула.

Слика 3. Честица изложена деловању 3 силе може бити у равнотежи. Извор: селф маде.

Трење

Сила која често интервенише у равнотежи честице је статичко трење. То је због интеракције објекта представљеног честицом са површином другог. На пример, књига у статичкој равнотежи на нагнутој табели моделира се као честица и има дијаграм слободног тела на следећи начин:

Слика 4. Дијаграм слободног тела књиге на нагнутој равнини. Извор: селф маде.

Сила која спречава да се књига клизи по површини нагнуте равнине и остане у мировању, статичко је трење. То зависи од природе површина у контакту, које микроскопски представљају храпавост с врховима који се међусобно закључавају, што отежава кретање.

Максимална вредност статичког трења пропорционална је нормалној сили, сили коју делује на површини коју подржава, али окомито на површину. У примјеру у књизи означен је плавом бојом. Математички се изражава овако:

Константа пропорционалности је коефицијент статичког трења μ _с , који се експериментално одређује, без димензија и зависи од природе површина у контакту.

Динамично трење

Ако је честица у динамичкој равнотежи, кретање се већ одвија и статичко трење више не интервенише. Ако је присутна нека сила трења која се супротставља кретању, делује динамичко трење, чија је јачина константна и дана је:

Где је μ _к коефицијент динамичког трења, који такође зависи од врсте површина у контакту. Као и коефицијент статичког трења, он је без димензија и његова вредност се одређује експериментално.

Вредност коефицијента динамичког трења је обично мања од вредности статичког трења.

Примери рада

Књига на слици 3 је у мировању и има масу од 1,30 кг. Равнина има угао нагиба од 30 °. Пронађите коефицијент статичког трења између књиге и површине равнине.

Решење

Важно је да одаберете одговарајући референтни систем, погледајте следећу слику:

Слика 5. Дијаграм слободног тела књиге на нагнутој равнини и декомпозиција тежине. Извор: селф маде.

Тежина књиге има магнитуду В = мг, међутим потребно ју је раставити у две компоненте: В _к и В _и , јер је једина сила која не пада изнад било које од координатних осе. Декомпозиција тежине примећена је на слици са леве стране.

Тхе 2нд. Њутонов закон за вертикалну ос је:

Примена другог. Невтонов закон за к-оси, бирајући правац могућег кретања као позитиван:

Максимално трење је ф _{с мак} = μ _с Н, дакле:

Референце

1. Рек, А. 2011. Основе физике. Пеарсон. 76 - 90.
2. Серваи, Р., Јеветт, Ј. (2008). Физика за науку и инжењерство. Свезак 1. 7 ^ма . Ед. Ценгаге Леарнинг. 120-124.
3. Серваи, Р., Вулле, Ц. 2011. Основе физике. 9 ^на ед. Ценгаге Леарнинг. 99-112.
4. Типпенс, П. 2011. Физика: појмови и апликације. 7тх Едитион. МацГрав Хилл. 71 - 87.
5. Валкер, Ј. 2010. Физика. Аддисон Веслеи. 148-164.