ANO ANG BALANSE NG BUTIL? (KASAMA ANG MGA HALIMBAWA) - PISIKAL - 2024

Ang balanse ng butil ay isang estado kung saan ang isang maliit na butil ay kapag ang mga panlabas na puwersa na kumikilos sa kanila ay pareho na nakansela. Nangangahulugan ito na pinapanatili ang isang palaging estado, sa paraang maaari itong mangyari sa dalawang magkakaibang paraan depende sa tiyak na sitwasyon.

Ang una ay nasa static na balanse, kung saan ang butil ay hindi kumikibo; at ang pangalawa ay pabagu-bago ng balanse, kung saan ang pagtatapos ng mga puwersa ay nakansela, ngunit gayunpaman ang tinga ay may pantay na paggalaw ng rectilinear.

Larawan 1. Pagbubuo ng bato sa balanse. Pinagmulan: Pixabay.

Ang modelo ng butil ay isang napaka-kapaki-pakinabang na pagtataya upang pag-aralan ang paggalaw ng isang katawan. Ito ay binubuo sa pag-aakala na ang lahat ng masa ng katawan ay puro sa isang solong punto, anuman ang laki ng bagay. Sa ganitong paraan maaari mong kumatawan sa isang planeta, isang kotse, isang elektron, o isang bilyar na bola.

Ang nagreresultang puwersa

Ang puntong tumutukoy sa bagay ay kung saan kumikilos ang mga puwersa na nakakaapekto dito. Ang mga pwersa ay maaaring mapalitan sa pamamagitan ng isa na may parehong epekto, na kung saan ay tinatawag na net nagreresultang lakas o puwersa at ay naitala bilang F _R o F _N .

Ayon sa pangalawang batas ni Newton, kapag mayroong hindi balanseng nagreresulta na puwersa, nakakaranas ang katawan ng isang bilis ng proporsyonal sa puwersa:

F _R = ma

Kung saan ang isang pagbilis na nakuha ng bagay salamat sa pagkilos ng puwersa at m ay ang masa ng bagay. Ano ang mangyayari kung ang katawan ay hindi pinabilis? Tiyak kung ano ang ipinahiwatig sa simula: ang katawan ay nagpapahinga o gumagalaw na may pantay na paggalaw ng rectilinear, na kulang sa pabilis.

Para sa isang maliit na butil sa balanse ay may bisa upang matiyak na:

F _R = 0

Dahil ang pagdaragdag ng mga vectors ay hindi nangangahulugang pagdaragdag ng mga module, dapat na mabulok ang mga vectors. Kaya, may bisa na ipahayag:

F _x = ma _x = 0; F _y = ma _y = 0; F _z = ma _z = 0

Mga diagram ng libreng katawan

Upang mailarawan ang mga puwersa na kumikilos sa maliit na butil, ito ay maginhawa upang makagawa ng isang libreng diagram ng katawan, kung saan ang lahat ng mga puwersa na kumikilos sa bagay ay kinakatawan ng mga arrow.

Ang mga equation sa itaas ay vector sa likas na katangian. Kapag nabubulok ang mga puwersa, nakikilala sila sa pamamagitan ng mga palatandaan. Sa ganitong paraan posible para sa kabuuan ng mga bahagi nito na maging zero.

Ang mga sumusunod ay mahalagang alituntunin upang maging kapaki-pakinabang ang pagguhit:

- Pumili ng isang sistema ng sanggunian kung saan ang pinakadakilang dami ng mga puwersa ay matatagpuan sa mga axes ng coordinate.

- Ang timbang ay palaging iginuhit nang patayo pababa.

- Sa kaso ng dalawa o higit pang mga ibabaw na nakikipag-ugnay, may mga normal na puwersa, na palaging iguguhit sa pamamagitan ng pagtulak sa katawan at patayo sa ibabaw na nagpapalabas nito.

- Para sa isang maliit na butil sa balanse ay maaaring may mga friction na kahanay sa contact surface at tutol sa posibleng paggalaw, kung ang tinga ay isinasaalang-alang sa pamamahinga, o tiyak sa pagsalungat, kung ang tinga ay gumagalaw kasama ang MRU (pare-parehong kilusan ng rectilinear).

- Kung mayroong isang lubid, ang pag-igting ay palaging iguguhit kasama ito at paghila sa katawan.

Mga paraan upang ilapat ang kondisyon ng balanse

Larawan 2. Dalawang puwersa na inilapat sa magkakaibang paraan sa parehong katawan. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Dalawang puwersa ng pantay na lakas at kabaligtaran ng direksyon at direksyon

Ipinapakita ng Figure 2 ang isang maliit na butil kung saan kumikilos ang dalawang puwersa. Sa figure sa kaliwa, natatanggap ng maliit na butil ang pagkilos ng dalawang puwersa F ₁ at F ₂ na may parehong magnitude at kumikilos sa parehong direksyon at sa kabaligtaran ng mga direksyon.

Ang maliit na butil ay nasa balanse, ngunit gayunpaman sa impormasyong ibinibigay hindi posible na malaman kung ang balanse ay static o dynamic. Karagdagang impormasyon ay kinakailangan tungkol sa inertial frame ng sanggunian kung saan sinusunod ang bagay.

Dalawang puwersa ng magkakaibang lakas, pantay na direksyon at kabaligtaran ng direksyon

Ang figure sa gitna ay nagpapakita ng magkaparehong butil, na sa oras na ito ay wala sa balanse, dahil ang laki ng puwersa F ₂ ay mas malaki kaysa sa F ₁ . Samakatuwid mayroong isang hindi balanseng puwersa at ang bagay ay may isang pinabilis sa parehong direksyon tulad ng F ₂ .

Dalawang puwersa ng pantay na lakas at magkakaibang direksyon

Sa wakas, sa figure sa kanan, nakikita rin natin ang isang katawan na wala sa balanse. Bagaman ang F ₁ at F ₂ ay magkatulad na laki, ang lakas F ₂ ay hindi sa parehong direksyon tulad ng 1. Ang vertical na bahagi ng F ₂ ay hindi pinagtatalunan ng iba pa at ang butil ay nakakaranas ng isang pagbilis sa direksyon na iyon.

Tatlong puwersa na may iba't ibang direksyon

Maaari ba ang isang maliit na butil na sumailalim sa tatlong puwersa ay nasa balanse? Oo, sa kondisyon na kapag inilalagay ang dulo at pagtatapos ng bawat isa, ang nagresultang pigura ay isang tatsulok. Sa kasong ito ang kabuuan ng vector ay zero.

Larawan 3. Ang isang maliit na butil na sumailalim sa pagkilos ng 3 pwersa ay maaaring nasa balanse. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Pagkiskisan

Ang isang puwersa na madalas na namamagitan sa balanse ng butil ay static friction. Ito ay dahil sa pakikipag-ugnayan ng bagay na kinakatawan ng maliit na butil sa ibabaw ng isa pa. Halimbawa, ang isang libro sa static na balanse sa isang hilig na talahanayan ay na-modelo bilang isang maliit na butil at may diagram ng libreng katawan tulad ng sumusunod:

Larawan 4. Libre na diagram ng isang libro sa isang hilig na eroplano. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang puwersa na pumipigil sa libro mula sa pag-slide sa buong ibabaw ng hilig na eroplano at ang natitira sa pahinga ay static friction. Nakasalalay ito sa likas na katangian ng mga ibabaw na nakikipag-ugnay, na kung saan ang microscopically ay nagpapakita ng pagkamagaspang sa mga taluktok na magkasama, na ginagawang mahirap ang kilusan.

Ang maximum na halaga ng static friction ay proporsyonal sa normal na puwersa, ang puwersa na isinagawa ng ibabaw sa suportadong bagay, ngunit patayo sa nasabing ibabaw. Sa halimbawa sa aklat na ito ay ipinahiwatig sa asul. Sa matematika ito ay ipinahayag tulad nito:

Ang pare-pareho ng pagkaproporsyonado ay ang static pagkikiskisan koepisyent μ _s , na kung saan ay natukoy sa pagtuklas, ay dimensionless at depende sa likas na katangian ng ibabaw sa contact.

Ang dynamic na alitan

Kung ang isang maliit na butil ay nasa dinamikong balanse, ang paggalaw ay naganap at ang static na pagkikiskisan ay hindi na namagitan. Kung ang anumang puwersa ng friction na sumasalungat sa kilusan ay naroroon, ang mga kilos na pabagu-bago ng alitan, na ang kalakhan ay palagi at ibinibigay ng:

Kung saan ang μ _k ay ang pabagu-bago ng koepisyent ng friction, na nakasalalay din sa uri ng mga ibabaw na nakikipag-ugnay. Tulad ng koepisyent ng static friction, wala itong sukat at ang halaga nito ay tinutukoy ng eksperimento.

Ang halaga ng koepisyent ng pabagu-bago ng pagkikiskisan ay karaniwang mas mababa kaysa sa static friction.

Nagawa na halimbawa

Ang libro sa Figure 3 ay nagpapahinga at may isang masa na 1.30 kg. Ang eroplano ay may anggulo ng pagkahilig ng 30º. Hanapin ang koepisyent ng static friction sa pagitan ng libro at ang ibabaw ng eroplano.

Solusyon

Mahalagang pumili ng isang angkop na sistema ng sanggunian, tingnan ang sumusunod na pigura:

Larawan 5. Libre na diagram ng libro sa hilig na eroplano at pagkabulok ng timbang. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang bigat ng libro ay may magnitude W = mg, gayunpaman kinakailangan upang mabulok ito sa dalawang sangkap: W _x at W _y , dahil ito lamang ang puwersa na hindi mahuhulog sa itaas ng alinman sa mga kohe ng coordinate. Ang agnas ng timbang ay sinusunod sa figure sa kaliwa.

Ang ika-2. Ang batas ng Newton para sa vertical axis ay:

Paglalapat ng ika-2. Ang batas ni Newton para sa x-axis, pagpili ng direksyon ng posibleng paggalaw bilang positibo:

Ang maximum na alitan ay f _{s max} = _s N, samakatuwid:

Mga Sanggunian

1. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Physics para sa Science at Engineering. Dami 1. 7 ^ma . Ed Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Mga Batayang Pangkatangay ng Pisika. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Pisika: Konsepto at Aplikasyon. Ika-7 Edition. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Physics. Addison Wesley. 148-164.