Ponořte se do našeho příkladu bohatého průvodce o napětí mezi dvěma bloky, který zjednodušuje tento klíčový koncept ve fyzice pro snadné pochopení
Tažná síla působící na strunu není u všech předmětů stejná; závisí na hmotnosti a zrychlení objektu a na síle. Podívejme se, jak najít napětí mezi dvěma bloky.
Jak najít napětí mezi dvěma bloky?
Je to síla definovaná pro struny, lana nebo pružiny; šlapat jako předměty, které při protahování zažívají napětí.
Napětí mezi dvěma bloky lze zjistit, když známe čisté síly působící na dva bloky připojené k struně, můžeme vypočítat napětí vyvíjené na strunu v důsledku těchto dvou bloků.
Přečtěte si více o 15 Seznam příkladů napínací síly.
Problém: Uvažujme dva bloky hmotností 'm1' a 'm2“ připevněný na laně a zavěšený volně ve vzduchu. Vypočítejte napětí působící na lano v důsledku dvou bloků.
Řešení: Napětí pociťované na laně je způsobeno bloky, které na něm visí, a závisí na hmotnosti bloků.
Krok 1: Nakreslete diagram volného těla pro jakýkoli problém
Chcete-li vypočítat napětí na laně, nejprve nakreslete diagram volného těla, pochopte problém a vysvětlete jej čisté síly působící na bloky. Zde je volný tělesný diagram dvou bloků pro výše uvedený problém.
Výše uvedený diagram nám poskytuje přibližnou představu o napětí generovaném v laně v důsledku dvou bloků. Napětí T1 je kvůli masovému 'm1“ a napětí T2 je namáhána v důsledku hmoty 'm2". Napětí je pociťováno po celé délce lana a v obou směrech, v kladné ose y i v záporném směru osy y. The síla způsobená gravitací působí směrem dolů v důsledku obou závaží, což je jasně vyznačeno v diagramu volného těla.
Krok 2: Napište rovnici pro čisté síly působící na každý blok.
Čistá síla působící na hmotnost 'm2' je tahová síla a síla způsobená gravitací působící dolů v záporném směru y. Takže máme rovnici uvedenou níže,
F=T2-m2g
m2a=T2-m2g ---(1)
Čistá síla působící na hmotnost 'm1' je tažná síla a tíha působící dolů v záporném směru y. Takže rovnici můžeme napsat jako
F=T1 - T2 - m1g
m1a=T1 - T2 - m1g – (2)
Krok 3: Sestavte rovnici a najděte čisté zrychlení bloků.
Hmotnost 'm2' je pevná a nezrychluje se, proto a=0. Proto můžeme napsat Eqn(1) jako,
T2 - m2g=0—(3)
Hmotnost 'm1' je také fixní v bodě a nezrychluje se, proto a=0. Proto z Eqn(2) máme,
T1-T2-m2g=0 — (4)
Neznamená to, že pokud v laně nedochází k žádnému zrychlení, pak v laně není žádné napětí, to je zřejmé z výše uvedené rovnice, že v laně dochází vlivem každého bloku k napětí. Podívejme se dále, jak najít toto napětí v laně.
Krok 4: Vypočítejte celkové napětí na laně
Z Eqn(3) máme
T2 = m2g
Napětí T2 je použitelná z důvodu hmotnosti 'm2a gravitační zrychlení, které se rovná hmotnosti bloku 2.
Z rovnice (4) máme,
T1 = T2 +m2g
Nahrazení hodnoty T2, teď máme,
T1 = m1g+m2g
Takže, T1=g(m2+m1)
Napětí T1 je způsobeno celkovou hmotou připojenou k struně, protože lano vyvíjí tah T1 zatěžuje oba bloky.
Krok 5: Najděte napětí sítě na laně
Síťové napětí je součtem všech napětí působících na lano. Proto se čisté napětí T rovná přidání T1 a T2,
T=T1+T2
T=g(m2+m1)+m2g
T = m1g+2m2g
T=(m1+ 2 m2)g
Jedná se o síťové napětí v laně způsobené dvěma bloky zavěšenými svisle nad zemí.
Napětí mezi dvěma bloky na svahu
Teď, když víme, jak na to vypočítat napětí mezi dvěma bloky ve svislém směru, zamysleme se také nad tím, jak měřit napětí mezi dvěma bloky na nakloněném svahu.
Přečtěte si více o Jak vypočítat napínací sílu: Vyčerpávající vhled.
Problém: Uvažujme dva bloky o hmotnosti 30 kg a 45 kg nakloněné na svahu připevněné ke struně na kladce. Úhel sklonu svahu, na kterém je hmotnost bloku 'm1'lži je pod úhlem 300, a svah, na kterém hmotnost 'm2' relies je nakloněn pod úhlem 450. Vypočítejte napětí působící na strunu.
Řešení: Nejprve nakreslete schéma volného těla dvou bloků nakloněných v rovině různých úhlů.
Nyní napište rovnici pro síly působící na bloky. Čistá síla vyvíjená na každé tělo jsou dodatečné síly způsobené hmotností, gravitací, normálovou silou, která působí proti váze těla, a tahovou silou vyvíjenou přes strunu.
Síly působící na hmotnost m1 jsou ve 2 směrech, ve směru x je m1a=-m1gSin300+T, znaménko mínus je, protože síla působí v záporné ose x; a ve směru y je m1a=-m1gCos300+N.
Síly působící na hmotnost m2 jsou, ve směru x je, m2a=m2gSin450-T
Napětí je vyvíjeno v záporné ose x.
A ve směru y je m2a=-m2gcos450+ N
Napětí vzniká ve směru x; proto budeme uvažovat 2 rovnice,
m1a=-m1gSin30°+T
m2a=m2gSin45°-T
Když sečteme tyto dvě rovnice, máme
m1a + m2a=m2gSin45°-T – m1gSin30°+T
Vypočítejme zrychlení bloků, dosadíme tedy zadanou hodnotu.
(30+45)a=9.8* (45*1/√2)-30* (1/2)
75a=9.8* (22.5√2-15)
75a=9.8*(31.82-15)
a=9.8*16.82/75
a=2.2 m/s2
Nyní známe zrychlení bloků. Pokud to dosadíme do kterékoli z výše uvedených rovnic, můžeme najít napětí v laně způsobené dvěma bloky.
Zvažte rovnici, m1a=-m1gSin30°+T
T = m1a+m1gSin30°
T = m1(a+gSin30°)
=30* (2.2+9.8*1/2)
=30* (2.2+4.9)
= 30 x 7.1 = 213 N
Napětí v laně je tedy 213N.
Přečtěte si více o Jak vypočítat napětí v řetězci: vyčerpávající postřehy.
Najděte napětí mezi dvěma bloky na vodorovném povrchu
Napětí mezi bloky umístěnými na vodorovné ploše se projeví, když na jeden z bloků působí tažná síla. Při tlačení předmětu blíže k sobě nebo od sebe nebude napětí ve struně spojující oba.
Přečtěte si více o Napětí Síla.
Problém: Uvažujme dvoublok držený na rovině bez tření o hmotnosti m1= 3 kg a m2= 5 kg. Obě tyto hmoty jsou svázány provázkem a hmota o hmotnosti 5 kg je tažena v kladném směru x silou 230 N. Změřte napětí vyvíjené na strunu.
Řešení: Nakreslete diagram volného těla s ohledem na výše uvedenou situaci,
Napětí působící na blok 1 se rovná síle způsobené zrychlením, dané rovnicí,
T = m1a=3a
Síla působící na blok 2 je
F=T+m2a
Napětí způsobené blokem 2 je
T=Fm2a
Pokud známe zrychlení bloku, pak je snadné vypočítat tahovou sílu.
Čistá síla působící na bloky je
F= (m1+m2)a
Tedy a=F/m1+m2
Z toho můžeme napsat první rovnici jako
T=3F/m1+m2
Napětí vyvíjené na strunu je tedy takové
T = 3* 230/3+5
= 3 x 230/8 = 86.25 N
Napětí 86.25 N je aplikováno přes strunu.
Přečtěte si více o Je napětí konzervativní silou: vyčerpávající vhled.
Často kladené otázky
Těleso o hmotnosti 2 kg je připevněno k struně a zrychluje se směrem dolů rychlostí 3 m/s. Jaké je napětí na struně?
Zadáno: m = 2 kg
a=3 m/s
Síla působící na předmět je
F=T-mg
Protože zrychlení těla je klesající F=-ma,
-ma=T-mg
T=m(ga)
=2* (9.8-3)
= 2 x 6.8 = 13.6 N
Napětí na struně je 13.6N.
Co je to napínací síla?
Síla působící na každý předmět je kategorizována v závislosti na tvaru a velikosti předmětu a směru síly.
Tažná síla je kontaktní silou a působí na tažení předmětů. Síla působící po délce lana, provázků nebo pružin se nazývá tažná síla.
Také čtení:
Ahoj, jsem Akshita Mapari. Udělal jsem Mgr. ve fyzice. Pracoval jsem na projektech jako Numerické modelování větrů a vln během cyklonu, Fyzika hraček a mechanizované vzrušující stroje v zábavním parku založeném na klasické mechanice. Absolvoval jsem kurz na Arduinu a dokončil jsem několik mini projektů na Arduinu UNO. Vždy rád prozkoumávám nové oblasti v oblasti vědy. Osobně věřím, že učení je větší nadšení, když se učí kreativně. Kromě toho rád čtu, cestuji, brnkám na kytaru, určuji kameny a vrstvy, fotím a hraji šachy.