Síly ve statické rovnováze: 9 faktů, které byste měli vědět

V klasické mechanice, rovnováha popisuje rovnováhu všech sil působících na fyzikální systém. Statická rovnováha je jedním z typů fyzikální rovnováhy uvedených v tomto příspěvku.

Statická rovnováha se týká fyzického systému, kde jsou všechny síly v rovnováze a neexistuje žádný relativní pohyb systému, takže čistá síla a točivý moment působící na systém jsou nulové. Z definice zjistíme, že všechny síly jsou vyváženy ve statické rovnováze. Takže v této síle diskutujme o silách zapojení ve statické rovnováze.

Samotný název statické rovnováhy naznačuje, že systém musí být ve stacionárním stavu, aby dosáhl rovnováhy. Jaké síly se v systému vyvinuly, aby dosáhly stacionárních podmínek?

Dobře, víme, že všechny objekty nebo systémy na Zemi jsou do značné míry ovlivněny jednou silou zvanou gravitace, které je jedno, zda se objekt pohybuje. To ukazuje, že ve statické rovnováze je zapojena jedna síla. Některé další síly ve statické rovnováze jsou diskutovány v následujících částech.

Jaké jsou role sil ve statické rovnováze?

Statická rovnováha znamená nulovou čistou sílu působící na systém. Aby byla čistá síla nulová, musí být jednotlivé síly působící na systém vyváženy vzájemnou kompenzací.

Pro lepší postavení si ukažme situaci. Předpokládejme, že objekt je v klidu a na objekt působí nějaká síla F. Statické rovnováhy objekt dosáhne pouze tehdy, když síla –F tento objekt kompenzuje.

Výše uvedené tvrzení říká, že síla F je ve statické rovnováze kompenzována jinou silou –F. Ukazuje, že udržení rovnováhy ve statické rovnováze je úlohou sil ve statické rovnováze.

Jak síly tvoří statickou rovnováhu?

Statická rovnováha je tvořena dvěma silami, které mají stejnou velikost a působí opačně. Pro dosažení statické rovnováhy musí být součet všech sil v každém směru nulový.

Uveďme krátce působení síly k dosažení statické rovnováhy. Síla gravitace směřující dolů také ovlivňuje klidový stav objektu. Síla směřující vzhůru musí vyrovnat gravitaci, aby vytvořila statickou rovnováhu. Výsledná síla směřující nahoru ruší gravitační sílu směřující dolů.

Vytvoření statické rovnováhy se striktně řídí druhým Newtonovým pohybovým zákonem. Ve stavu statické rovnováhy jsou lineární i úhlové rychlosti konstantní; neexistuje tedy žádná možnost produkovat zrychlení. Protože je zrychlení nulové, dává výslednou celkovou sílu nulovou.

Jaký minimální počet sil se podílí na statické rovnováze?

Do statické rovnováhy se musí zapojit minimálně dvě síly. Pokud je v systému zapojena jedna vnější síla, pak systém nemůže být v rovnováze.

Protože my znát tu rovnováhu zahrnuje vyvažování sil, to nemůže být možné, pokud existuje pouze jedna síla. Musí tedy existovat minimálně dvě stejné a opačné síly, aby se navzájem vyrovnaly.

Působí-li na předmět směřující síla, působí na ně síla směrem nahoru, aby je vyrovnala v opačném směru. Pokud působí dopředná síla, zpětná síla táhne předmět, aby je vyrovnala.

Aby byla zajištěna statická rovnováha, musí být zapojen sudý počet sil, nikoli lichý počet. Existují však některé výjimečné případy, kdy se na udržení statické rovnováhy podílejí tři síly. Statická rovnováha tedy nezávisí na počtu sil, ale nakonec musí být všechny síly zahrnuté v akci vyváženy, aby poskytly nulovou čistou sílu k uspokojení statické rovnováhy.

Jak zjistit sílu statické rovnováhy?

Když je tuhé těleso v rovnováze, jeho lineární a úhlové zrychlení je nulové; tedy najít síly statické rovnováhy. Nejprve musíme najít zrychlení, protože statická rovnováha se řídí Newtonovými zákony.

Vzorec udává statickou rovnováhu.

ΣF_k=0; kde F_k jsou síly působící v každém směru na systém.

To lze zapsat pomocí Newtonových zákonů jako

ΣF_k=Σma_k=0

Kde m je hmotnost a a_k je zrychlení fyzického systému.

Předpokládejme, že existují čtyři síly, F₁F₂F₃a F₄, působící na soustavy, které jsou stejně velké a opačné ve směru námahy, tedy

F_k=F₁+F₂+F₃+F₄

Ve vektorové podobě lze tuto rovnici zapsat jako

ΣF_kx=0; ΣF_ky=0; ΣF_kz=0, kde x,yaz představuje směr sil.

Výše uvedená rovnice znamená, že síly působící na systém ve statické rovnováze jsou nulové v každém směru.

Má statická rovnováha čistou sílu?

Základní podmínkou statické rovnováhy je, že těleso se nesmí zapojit do žádného typu pohybu, bez ohledu na translační a rotační pohyb. Vzhledem k tomu, že pro těleso ve statické rovnováze není možný žádný pohyb, neexistuje žádná čistá síla.

Objekt ve statické rovnováze je buď v klidu, nebo se pohybuje konstantní rychlostí s nulovým zrychlením. Protože nedochází k žádnému zrychlení, síla bude nulová. I když na objekt působí nějaké síly, byly by vzájemně vyváženy; takže čistá síla bude nulová.

Objekt ve statické rovnováze má nulovou čistou sílu bez ohledu na to, jaký referenční bod zvolíme. Objekt, který má čistý točivý moment, je také podobný. Ve statické rovnováze není možný žádný čistý točivý moment.

Co je to tažná síla ve statické rovnováze?

Má-li se předmět volně zavěsit pomocí lana nebo provázku, je statické rovnováhy pro systém předmět-lano dosaženo vyrovnáním napětí působícího na lano a gravitační síly vyvíjené na předmět.

Předpokládá se, že objekt nasadí nepohyblivou strunu, aby vyrovnal statickou rovnováhu. Protože gravitace vždy táhne závaží dolů, napětí na struně působí v opačném směru, tj. ve směru nahoru, aby udrželo objekt nehybný, aby se udržela statická rovnováha.

Napětí se musí rovnat gravitační síle působící na objekt, aby byla zachována statická rovnováha. Pokud pnutí neodpovídá gravitaci, objekt se může zrychlit a narušit tak podmínku statické rovnováhy.

Když je napětí na struně a gravitace tahající předmět stejné, všechny síly jsou vyvážené, a tak se čistá síla stává nulovou. Za takových podmínek je dosaženo ustálené rovnováhy a nemění se. V tomto stavu je napětí směrováno pryč od hmoty a směrem k napětí na struně, což ovlivňuje síly k vyvážení hmoty směrem nahoru.

Když jsou tři síly působící v bodě v rovnováze?

Rovnováha dosažená v bodě zahrnujícím tři síly je dána Lamiho teorémem, který říká, že „jestliže tři síly působí v bodě jsou v rovnováze, každá jednotlivá síla je úměrná sin úhlu mezi zbývajícími dvoubodovými silami“. Udává také hodnoty pro každou sílu numericky větší, než je rozdíl mezi ostatními dvěma silami.

Uvažujme tři síly působící v bodě F₁F₂a F₃, který svírá úhel α, β a γ; pak podle Lamiho věty jsou tyto síly působící na tuhý otočný bod dány jako;

Fl/sinα=F1/sinp=F2/sinγ

Tři síly působící v bodě v rovnováze jsou pozorovány na kluzáku letu, ve kterém jsou vztlak (L), odpor (D) a hmotnost (W nebo mg) nevyvážené. Protože víme, že váha působí vždy dolů, vztlak působí kolmo na dráhu letu a odpor působí podél dráhy letu a tyto tři budou v rovnováze, když bude jejich vektorový součet nula.

Vyvážení těchto tří sil k získání nulové čisté síly zvýšením vztlaku a snížením odporu v horní části křídla kluzáku. Hmotnost je však vždy stejná. Takové letadlo má stejnou dopřednou i zpětnou rychlost a tato akce udržuje rovnováhu všech tří sil, nebo je zrušena, aby byla zachována rovnováha.

Jaká je výslednice tří sil působících na těleso v rovnováze?

Protože mluvíme o rovnováze, výslednice tří sil bude nulová, protože na systém nepůsobí žádná čistá síla a tyto tři síly jsou vzájemně vyváženy.

Víme, že tři síly působící na objekt v rovnováze jsou odpor, vztlak a hmotnost. Hmotnost vždy působí směrem ke středu Země a vztlak je kolmá síla a tažení působící v rovnoběžném směru.

Pokud je úhel sklonu dráhy letu θ, pak horizontální a vertikální složky vektorové rovnice mohou být zapsány jako

D*cos(0)-L*sin(XNUMX)=H=XNUMX

WL*cos(0)-D*sin(XNUMX)=V=XNUMX

Výše uvedená rovnice představuje, že všechny síly jsou vyváženy v každém směru dráhy letu, tj. v horizontálním a vertikálním směru. Systém je tedy v rovnováze se třemi silami působícími v bodě.

Jaký je příklad sil v rovnováze?

Pokud na jeden předmět působí dvě stejné a opačné síly, pak říkáme, že síly působící na předmět jsou v rovnováze. Například, pokud je míč na stole, protože váha působí směrem dolů, působí na míč nějaká horizontální síla, aby se udržela rovnováha na míči.

Stejně tak, když stojíte na podlaze, bude na vás působit gravitace, která vás stáhne dolů. Ale napadlo vás někdy, že neprojdete podlahou; proč?

Gravitace, která na vás působí, vás tlačí dolů, je vyvážena normální reakční silou, která na vás působí směrem nahoru. Tato normální reakce se rovná gravitaci, která na vás působí, což vám pomáhá zůstat na podlaze a udržovat rovnováhu. Pokud vypočítáte čistou sílu, bude nulová.

Podílí se třecí síla na statické rovnováze?

Stacionární tuhé těleso vyvíjí tření, aby se postavilo proti pohybu tělesa a udrželo statickou rovnováhu. Aplikovaná síla a třecí síla působící na předmět jsou stejné a třecí síla je v opačném směru než působící síla.

Tření znamená opoziční sílu, která působí proti relativnímu pohybu. Pokud se pokusíte pohnout předmětem v klidu, nepohne se, čímž dojde k porušení stacionárního stavu, což znamená, že tření se podílí na udržování statické rovnováhy. Třecí síla anuluje aplikovanou sílu, a tím statická rovnováha je udržovaný.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Zakončeme tento příspěvek konstatováním, že síly ve statické rovnováze jsou stejné velikosti, ale působí na systém opačně. Síly, jako je napětí, tření a gravitace, se také vyvíjejí na objekt, aby splnily podmínku statické rovnováhy.

Také čtení:

• Je tření konzervativní silou
• Příklad čisté síly
• Jaké předměty mají magnetickou sílu
• Výsledná síla a čistá síla
• Příklady elektrostatických sil
• Příklady vnitřních sil
• Je gravitace vnější síla
• Kinetické tření vs kinetická síla
• Je síla vektorová veličina
• Příklady centrálních sil