- Ortaya çıkan kuvvet
- Serbest cisim diyagramları
- Denge koşulunu uygulama yolları
- Eşit büyüklükte ve zıt yön ve yönlerde iki kuvvet
- Farklı büyüklükte iki kuvvet, eşit yön ve zıt yönler
- Eşit büyüklükte ve farklı yönde iki kuvvet
- Farklı yönlere sahip üç kuvvet
- Sürtünme
- Dinamik sürtünme
- Çalışılan örnek
- Çözüm
- Referanslar
Parçacığın denge üzerlerine etkiyen harici kuvvetler, karşılıklı iptal edildiğinde olduğu bir parçacıktır bir durumdur. Bu, belirli duruma bağlı olarak iki farklı şekilde meydana gelebilecek şekilde sabit bir durumu koruduğu anlamına gelir.
Birincisi, parçacığın hareketsiz olduğu statik dengede olmaktır; ve ikincisi, kuvvetlerin toplamının iptal edildiği, ancak yine de parçacığın düzgün doğrusal harekete sahip olduğu dinamik denge.
Şekil 1. Dengede kaya oluşumu. Kaynak: Pixabay.
Parçacık modeli, bir cismin hareketini incelemek için çok yararlı bir yaklaşımdır. Nesnenin büyüklüğüne bakılmaksızın, vücudun tüm kütlesinin tek bir noktada yoğunlaştığını varsaymaktan ibarettir. Bu şekilde bir gezegeni, bir arabayı, bir elektronu veya bir bilardo topunu temsil edebilirsiniz.
Ortaya çıkan kuvvet
Nesneyi temsil eden nokta, onu etkileyen kuvvetlerin hareket ettiği noktadır. Bu kuvvetler, aynı etkiye sahip olan, net sonuç kuvvet veya kuvvet olarak adlandırılan ve F R veya F N olarak adlandırılan bir kuvvetle değiştirilebilir .
Newton'un ikinci yasasına göre, dengesiz bir sonuç kuvvet olduğunda, vücut kuvvetle orantılı bir ivme yaşar:
F R = ma
A, kuvvetin etkisi sayesinde nesnenin elde ettiği ivme ve m, nesnenin kütlesidir. Vücut hızlanmazsa ne olur? Başlangıçta tam olarak belirtildiği gibi: vücut hareketsizdir veya ivme içermeyen tekdüze doğrusal hareketle hareket eder.
Dengedeki bir parçacık için aşağıdakilerin sağlanması geçerlidir:
F R = 0
Vektörlerin eklenmesi, modüllerin eklenmesi anlamına gelmediğinden, vektörlerin ayrıştırılması gerekir. Dolayısıyla şunu ifade etmek geçerlidir:
F x = ma x = 0; F y = ma y = 0; F z = ma z = 0
Serbest cisim diyagramları
Parçacığa etki eden kuvvetleri görselleştirmek için, nesneye etki eden tüm kuvvetlerin oklarla temsil edildiği bir serbest cisim diyagramı yapmak uygundur.
Yukarıdaki denklemler doğası gereği vektördür. Kuvvetler ayrıştırılırken, işaretlerle ayırt edilirler. Bu şekilde bileşenlerinin toplamının sıfır olması mümkündür.
Aşağıdakiler, çizimi kullanışlı hale getirmek için önemli yönergelerdir:
- Koordinat eksenlerinde en büyük miktarda kuvvetin bulunduğu bir referans sistemi seçin.
- Ağırlık her zaman dikey olarak aşağı çekilir.
- İki veya daha fazla yüzeyin temas halinde olması durumunda, daima gövdeyi iterek çekilen ve onu uygulayan yüzeye dik olan normal kuvvetler vardır.
- Denge halindeki bir parçacık için, temas yüzeyine paralel ve parçacık hareketsiz olarak kabul edilirse veya parçacık MRU (düzgün doğrusal hareket) ile hareket ederse, olası harekete karşı gelen sürtünmeler olabilir.
- Halat varsa gerginlik her zaman onun boyunca çekilir ve vücudu çeker.
Denge koşulunu uygulama yolları
Şekil 2. Aynı cisme farklı şekillerde uygulanan iki kuvvet. Kaynak: kendi kendine.
Eşit büyüklükte ve zıt yön ve yönlerde iki kuvvet
Şekil 2, üzerinde iki kuvvetin etki ettiği bir parçacığı göstermektedir. Soldaki şekilde, tanecik iki kuvvet F işlemi alan 1 ve F 2 aynı yönde ve ters yönde aynı büyüklük ve hareket vardır.
Parçacık denge halindedir, ancak yine de sağlanan bilgilerle dengenin statik mi yoksa dinamik mi olduğunu bilmek mümkün değildir. Nesnenin gözlemlendiği eylemsiz referans çerçevesi hakkında daha fazla bilgiye ihtiyaç vardır.
Farklı büyüklükte iki kuvvet, eşit yön ve zıt yönler
Merkezi gösterir kuvvetin büyüklüğü F çünkü bu kez, dengede olmadığı aynı parçacık içinde Şekil 2 F daha büyüktür 1 . Bu nedenle dengesiz bir kuvvet vardır ve cismin F 2 ile aynı yönde bir ivmesi vardır .
Eşit büyüklükte ve farklı yönde iki kuvvet
Son olarak, sağdaki şekilde de dengede olmayan bir cisim görüyoruz. F ne kadar 1 ve F 2 eşit büyüklükte olan, kuvvet F 2 F dikey bileşeni 1 olarak aynı yönde değildir 2 başka tarafından karşı değildir ve partikül bu yönde bir ivme geçirmektedir.
Farklı yönlere sahip üç kuvvet
Üç kuvvete maruz kalan bir parçacık dengede olabilir mi? Evet, her birinin ucunu ve sonunu yerleştirirken ortaya çıkan şeklin bir üçgen olması şartıyla. Bu durumda vektör toplamı sıfırdır.
Şekil 3. 3 kuvvetin etkisine maruz kalan bir parçacık dengede olabilir. Kaynak: kendi kendine.
Sürtünme
Parçacığın dengesine sıklıkla müdahale eden bir kuvvet statik sürtünmedir. Parçacık tarafından temsil edilen nesnenin bir başkasının yüzeyi ile etkileşiminden kaynaklanmaktadır. Örneğin, eğimli bir masa üzerinde statik dengede olan bir kitap, bir parçacık olarak modellenir ve aşağıdaki gibi bir serbest cisim diyagramına sahiptir:
Şekil 4. Eğimli bir düzlemde bir kitabın serbest cisim diyagramı. Kaynak: kendi kendine.
Kitabın eğimli düzlemin yüzeyi boyunca kaymasını ve hareketsiz kalmasını engelleyen kuvvet statik sürtünmedir. Temas halindeki yüzeylerin doğasına bağlıdır, pürüzlülüğü mikroskobik olarak birbirine kilitleyen tepeler ile gösterir ve hareketi zorlaştırır.
Statik sürtünmenin maksimum değeri, normal kuvvet ile orantılıdır, yüzey tarafından desteklenen nesneye uygulanan kuvvet, ancak söz konusu yüzeye diktir. Kitaptaki örnekte mavi ile belirtilmiştir. Matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir:
Orantılılık sabiti, statik sürtünme katsayısı μ olan s deneysel olarak belirlenir, boyutsuzdur ve temas halinde olan yüzeylerin doğasına bağlıdır.
Dinamik sürtünme
Bir parçacık dinamik dengede ise, hareket halihazırda gerçekleşir ve statik sürtünme artık müdahale etmez. Harekete karşı gelen herhangi bir sürtünme kuvveti varsa, büyüklüğü sabit olan ve aşağıdakiler tarafından verilen dinamik sürtünme hareket eder:
Μ k , temas halindeki yüzeylerin tipine de bağlı olan dinamik sürtünme katsayısıdır. Statik sürtünme katsayısı gibi boyutsuzdur ve değeri deneysel olarak belirlenir.
Dinamik sürtünme katsayısının değeri genellikle statik sürtünmeden daha azdır.
Çalışılan örnek
Şekil 3'teki kitap hareketsizdir ve kütlesi 1.30 kg'dır. Düzlemin 30º'lik bir eğim açısı vardır. Kitap ile düzlemin yüzeyi arasındaki statik sürtünme katsayısını bulun.
Çözüm
Uygun bir referans sistemi seçmek önemlidir, aşağıdaki şekle bakın:
Şekil 5. Kitabın eğimli düzlemde serbest cisim diyagramı ve ağırlığın ayrışması. Kaynak: kendi kendine.
Kitabın ağırlığı W = mg büyüklüğündedir, ancak onu iki bileşene ayırmak gerekir: W x ve W y , çünkü koordinat eksenlerinden herhangi birinin hemen üzerine düşmeyen tek kuvvettir. Ağırlığın ayrışması soldaki şekilde görülmektedir.
Ikinci. Dikey eksen için Newton yasası:
2. uygulanıyor. Olası hareketin yönünü pozitif olarak seçerek x ekseni için Newton yasası:
Maksimum sürtünme f s max = μ s N'dir, bu nedenle:
Referanslar
- Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson. 76 - 90.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 1. 7 ma . Ed. Cengage Learning. 120-124.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Temel Fizik. 9 na Ed. Yaym Öğrenme. 99-112.
- Tippens, P. 2011. Fizik: Kavramlar ve Uygulamalar. 7. Baskı. MacGraw Hill. 71 - 87.
- Walker, J. 2010. Physics. Addison Wesley. 148-164.