Jak najít napínací sílu s třením: kroky, příklady problémů

Ve fyzice a strojírenství je pochopení tahové síly a tření zásadní při práci s předměty spojenými provázky nebo lany. tažná síla vzniká, když je předmět tažen nebo zavěšen provázkem, zatímco tření je síla, která brání pohybu předmětů, které jsou v kontaktu. V tomto blogovém příspěvku se ponoříme do složitosti hledání tahové síly s třením, prozkoumáme vztah mezi těmito dvěma silami a poskytneme podrobné výpočty a příklady, které upevní naše porozumění.

Jak najít napínací sílu s třením

jak najít tahovou sílu s třením
Obrázek by Guy vandegrift – Wikimedia Commons, Wikimedia Commons, licencováno pod CC BY-SA 4.0.

Pochopení základů napínací síly

tažná síla je tažná síla přenášená přes provázek, lano nebo jiné pružné spojky. Když je předmět zavěšen nebo tažen provázkem, působí tažná síla podél provázku a přenáší se rovnoměrně na oba konce. Je důležité si uvědomit, že tažná síla je vždy směřována pryč od předmětu. Představte si například, že držíte jeden konec provazu a odtahujete ho od sebe. Síla, kterou působíte, se přenáší přes lano jako tažná síla.

Uchopení konceptu tření

tření je síla, která brání pohybu předmětů v kontaktu. Dochází k němu, když se dva povrchy třou o sebe. tření může být statické nebo kinetické. Statické tření působí na předměty, které jsou v klidu a brání jim v pohybu. Na druhé straně kinetické tření brání pohybu objektů, které jsou již v pohybu. Velikost třecí síly závisí na povaze povrchů, které jsou v kontaktu, stejně jako na normálové síle, která tyto povrchy k sobě stlačuje.

Vztah mezi tahovou silou a třením

Když je předmět spojen provázkem a je vystaven síle, která způsobuje jeho vodorovný pohyb, vstupuje do hry tažná síla a tření. tažná síla může buď bránit nebo podporovat pohyb, v závislosti na směru, ve kterém je struna tažena. Pokud je struna tažena ve stejném směru, ve kterém se předmět pohybuje, tažná síla podporuje pohyb. Naopak, pokud je struna tažena v opačném směru, tažná síla brání pohybu.

tření na druhé straně vždy brání pohybu předmětu. Působí paralelně s povrchem kontaktu a je zodpovědný za zpomalení nebo zastavení pohybu objektu. Vztah mezi tahovou silou a třením je důležité vzít v úvahu při výpočtu čisté síly působící na předmět.

Výpočet napínací síly ve struně

jak najít tahovou sílu s třením
Obrázek by The Treespyder – Wikimedia Commons, Wikimedia Commons, licencováno pod CC BY-SA 4.0.

Základní principy napětí ve struně

Pro výpočet tahové síly ve struně musíme uvažovat síly působící na předmět. Tyto síly zahrnují hmotnost předmětu (vyplývající z gravitace), aplikovanou sílu, tahovou sílu a tření. V nepřítomnosti tření se napínací síla rovná váze předmětu. Je-li však přítomno tření, je třeba odpovídajícím způsobem upravit napínací sílu.

Matematický přístup k výpočtu tahové síly

Pro výpočet tahové síly s třením musíme použít Newtonovy zákony pohybu a aplikovat je na konkrétní scénář. Uvažujme příklad, kdy je blok tažen vodorovně aplikovanou silou, zatímco tření brání pohybu. Tahovou sílu lze zjistit odečtením síly tření od použité síly.

Pro výpočet síly tření můžeme použít rovnici:

f_{\text{friction}} = \mu_{\text{friction}} \cdot f_{\text{normal}}

kde (mu_{text{friction}}) je koeficient tření a (f_{text{normal}}) je normálová síla.

Jakmile máme sílu tření, můžeme najít tahovou sílu tak, že ji odečteme od použité síly:

f_{\text{tension}} = f_{\text{applied}} - f_{\text{friction}}

Vypracované příklady výpočtu tahové síly

Uvažujme konkrétní příklad pro ilustraci výpočtu tahové síly s třením. Předpokládejme, že blok o hmotnosti 5 kg je tažen vodorovně aplikovanou silou 20 N. Koeficient tření mezi blokem a povrchem je 0.3 a normálová síla se rovná hmotnosti bloku.

Nejprve vypočítáme sílu tření pomocí rovnice:

f_{\text{friction}} = \mu_{\text{friction}} \cdot f_{\text{normal}}

V tomto případě je síla tření:

f_{\text{friction}} = 0.3 \cdot (5 \, \text{kg} \cdot 9.8 \, \text{m/s}^2)

f_{\text{friction}} = 14.7 \, \text{N}

Dále zjistíme tahovou sílu odečtením síly tření od použité síly:

f_{\text{tension}} = 20 \, \text{N} - 14.7 \, \text{N}

f_{\text{tension}} = 5.3 \, \text{N}

Proto je napínací síla ve struně 5.3 N.

Je napětí vždy proti pohybu?

jak najít tahovou sílu s třením
Obrázek by Cdang – Wikimedia Commons, Wikimedia Commons, licencováno pod CC BY-SA 3.0.

Zkoumání konceptu pohybu ve fyzice

tažná síla může buď bránit nebo podporovat pohyb, v závislosti na směru, ve kterém je struna tažena. Je však důležité poznamenat, že při zvažování tření vždy působí tažná síla proti pohybu předmětu. tření působí v opačném směru k pohybu a tahová síla musí působit proti síle tření, aby objekt zůstal v pohybu.

Role napětí v protilehlém nebo podpůrném pohybu

Když je provázek tažen ve stejném směru jako pohyb předmětu, tažná síla podporuje pohyb. To je patrné, když předmět táhnete vodorovně a napínací síla pomáhá předmětu pohybovat. Na druhou stranu, když je struna tažena v opačném směru, tažná síla brání pohybu. V tomto případě musí být napínací síla větší než síla tření, aby ji překonala a udržela předmět v pohybu.

Praktické příklady tahu a pohybu

tahovou sílu s třením lze pozorovat v různých reálných scénářích. Když například táhnete těžký kufr po podlaze, tažná síla v rukojeti podporuje pohyb kufru. Na druhou stranu, když se pokusíte zatlačit těžkou krabici a ta se nepohne, tažná síla ve směru tlačení brání pohybu, což ztěžuje pohyb krabice. Tyto příklady zdůrazňují souhru mezi napínací silou a třením v každodenních situacích.

Hledání čisté síly pomocí tření

Pochopení konceptu Net Force

Čistá síla je vektorový součet všech sil působících na objekt. V přítomnosti tření se výpočet čisté síly stává složitějším, protože musíme uvažovat jak tahovou sílu, tak tření. Pro výpočet čisté síly potřebujeme určit vektorové složky tahové síly a tření a algebraicky je sečíst.

Jak vypočítat čistou sílu s třením

Abychom vypočítali čistou sílu s třením, musíme síly rozložit na jejich vektorové složky. Uvažujme příklad, kdy je blok tažen vodorovně aplikovanou silou, zatímco tření brání pohybu. Čistá síla může být nalezena sečtením horizontálních složek tahové síly a tření.

Jakmile máme horizontální složky tahové síly a tření, můžeme je algebraicky sečíst a vypočítat čistou sílu:

f_{\text{net}} = f_{\text{napětí, horizontální}} + f_{\text{tření, horizontální}}

Vypracované příklady výpočtu čisté síly

Pokračujme v předchozím příkladu, kdy je blok tažen vodorovně aplikovanou silou 20 N. Tažná síla byla vypočtena na 5.3 N a třecí síla byla zjištěna na 14.7 N. Abychom našli čistou sílu, potřebujeme uvažovat vodorovné složky těchto sil.

Horizontální složka napínací síly je rovna samotné napínací síle, protože napětí působí podél struny. Horizontální složka tahové síly je tedy 5.3 N.

Vodorovná složka tření se rovná třecí síle, protože tření působí rovnoběžně s povrchem. Proto je vodorovná složka tření 14.7 N.

Nakonec vypočítáme čistou sílu sečtením horizontálních složek tahové síly a tření:

f_{\text{net}} = 5.3 \, \text{N} + 14.7 \, \text{N}

f_{\text{net}} = 20 \, \text{N}

Čistá síla působící na blok je tedy 20 N.

Pochopením vztahu mezi tahovou silou a třením a využitím principů fyziky a matematiky můžeme přesně vypočítat tahovou sílu a čistou sílu ve scénářích zahrnujících tření. Nezapomeňte vzít v úvahu specifické podmínky, jako je koeficient tření a normálová síla, abyste získali přesné výsledky. Takže až se příště setkáte se situací zahrnující napínací sílu a tření, budete dobře vybaveni, abyste se s problémem vypořádali a našli odpovědi, které hledáte.

Také čtení: