Je napětí kontaktní silou: Proč, jak, podrobná fakta

Článek obsáhle pojednává o tahu, kontaktní síle, která se přenáší přes pružné konektory.

Kontaktní síla je vyvíjena, když jsou dva interagující objekty ve fyzickém kontaktu. Když táhneme za pružné konektory, kontakt mezi námi a pružnými konektory využívá napínací sílu, která přenáší náš tah na konce. To je důvod, proč je napětí přenášeno jako kontaktní síla. 

Přečtěte si o tématu Druhy síly

Pochopili jsme v předchozích článcích že když je na objekt aplikována jakákoli síla, ať už v klidu nebo v pohybu, modifikuje svůj pohyb podle Newtonův zákon.  Všechny objekty ve fyzickém kontaktu pohání kontaktní sílu, aby se navzájem zrychlovaly. V závislosti na typech interagujících objektů působí různě kontaktní síly.

Tažná síla je aplikována, když dva objekty fyzicky interagují a jeden z objektů je explicitně flexibilní konektor jako lano, provázek, kabel atd.

Je napětí kontaktní silou
Je napětí kontaktní silou
Druhy síly
Druhy síly
(kredit: Shutterstock)

Za prvé, svalová síla, jako je tažná nebo tlačná síla, zahajuje proces vytváření napínací síly. Je zřejmé, že nemůžeme zatlačit kabel; jinak bude ochablý. Místo toho aplikujeme sílu na kabel tahem za jeden nebo oba konce. Když natáhneme jeden konec kabelu, zatímco na druhém konci je připojen předmět, na natažený kabel působí napětí.

Takto můžeme vytahovat jiné předměty pomocí pružných konektorů bez jakéhokoli fyzického kontaktu. Je to kvůli tažná síla, která spojuje dva objekty pomocí pružných konektorů. Proto je klasifikován jako kontaktní síla.

Tension Force jako kontaktní síla
Tension Force jako kontaktní síla
(kredit: Shutterstock)

Přečtěte si více o Tension Force

Jak je napětí kontaktní silou?

Napětí je kontaktní síla vyvíjená při fyzické interakci dvou objektů.

Flexibilní konektory se roztahují, když jsou dva předměty na svých koncích ve fyzickém kontaktu. Natažené konektory vyvíjejí napínací sílu, která přenáší aplikovanou sílu na předměty na koncích. Podle druhého Newtonova zákona o pohybu mění přenášená aplikovaná síla pohyb objektu (F = ma). 

Tension Force jako kontaktní síla
Jak je napětí kontaktní silou
(kredit: Shutterstock)

Přečtěte si více o Torsion Force způsobené Tension Force

Tažná síla je vyvíjena pouze tehdy, když se pružné konektory natahují z obou konců, a to buď tahem nebo vázáním jakéhokoli předmětu. V obou případech dochází k fyzickému kontaktu mezi konektory a jinými předměty. Napětí se nevyvine, když působí pouze jediná nebo žádná síla. To znamená, že za napínací sílu odpovídá dvojice tažných sil z obou konců. 

Jsou-li obě síly stejně velké, pak objekty, na které se přenášejí tažné síly, nejsou zrychleny do pohybu. Například tažná síla vyvinutá na napínacím laně při hře přetahování lanem. 

Napínací síla Příklad
Napínací síla v laně
(kredit: Shutterstock)

Pokud oba týmy použijí síly stejné velikosti, lano se nepohne proti tahu od žádného týmu, který je v kontaktu. V takovém případě se tahové síly z dvojice tažných sil rovnají hmotnosti lana (mg). tj,

T = mg, když je dvojice sil vyvážená

Předpokládejme, že jeden konec lana je přivázaný ke kladce a druhý ke kouli, která zůstává viset. Kladka i kulička jsou v nepřímém kontaktu, aby se využila napínací síla na lano. Napínací síla kladky posílá její tah dolů, zatímco tažná síla z koule posílá svůj tah nahoru, protože obě natahují lano. 

Pokud má dvojice sil odlišné velikosti, pak se lano zrychluje spolu s jedním objektem směrem k druhému. 

Tažná síla je T = mg ± ma při zrychlení lana. 

Zde ma je zrychlení lana a mg je normální síla působící na lano, které je protějškem gravitační síla protože lano visí. 

V závislosti na velikosti nevyvážené dvojice sil se objekt pohybuje buď nahoru nebo dolů. 

  • Pokud je napínací síla kladky větší než koule, pak se lano zrychluje nahoru spolu s koulí; a tažná síla je T = mg + ma. 
  • V případě, že tažná síla od koule je větší než od kladky, pak se lano zrychluje dolů přes kladku; tažná síla je T = mg – ma. 

Přečtěte si více o Net Force

Je napětí ve struně kontaktní silou?

Napětí ve struně je kontaktní síla, protože je v kontaktu s jinými předměty.

Struna je jedním z pružných konektorů, které přenášejí sílu na určitou vzdálenost po své délce. Několik předmětů se fyzicky dotkne provázku natažením z obou konců, čímž vznikne tahová síla. 

V jednoduchém kyvadle je jeden konec struny připoután k pevné podpěře a druhý se houpe, což se houpe ze své střední polohy. Houpání vede k napínání struny a vyvíjení tahové síly z obou předmětů. Protože síly jsou vyvážené, tažná síla se rovná normálové síle mg a struně kyvadla pohybující se tam a zpět konstantní rychlostí; bez zrychlení nahoru nebo dolů.

Přečtěte si více o Simple Harmonic Motion

Napínací síla Příklad
Napínací síla ve struně
(kredit: Shutterstock)

U kytary jsou konce struny nastaveny. Když strunu trháme, vyvíjená napínací síla se přenáší směrem k oběma koncům. Od konce jsou pevné, přenášená tažná síla se odráží a vytváří příčnou zvukové vlny z kytarových strun. Tento proces zahrnuje fyzický kontakt mezi naším prstem a strunou, který vyvíjí tahovou sílu jako kontaktní sílu.

Přečtěte si o tématu Příčné vlny


Také čtení: