DINAMIK DENGE NEDIR? (ÖRNEKLE) - FIZIKSEL - 2025

Dinamik denge, bir hareket eden nesne hareket doğrusal homojen yalan bir partikül olarak ideal temsil ettiği durumdur. Bu fenomen, üzerine etki eden dış kuvvetlerin toplamı iptal edildiğinde ortaya çıkar.

Genellikle, bir nesne üzerinde net veya sonuçta ortaya çıkan bir kuvvet yoksa, dinlenmenin tek olası sonuç olduğuna inanılmaktadır. Ya da bir bedenin dengede olması için hareket eden hiçbir kuvvetin olmaması gerekir.

Şekil 1. Bu kedi, sabit hızla hareket ederse dinamik dengede hareket eder. Kaynak: Pixabay.

Gerçekte, denge ivmenin olmamasıdır ve bu nedenle sabit hız tamamen mümkündür. Şekildeki kedi hızlanmadan hareket ediyor olabilir.

Düzgün dairesel harekete sahip bir nesne dinamik dengede değildir. Hızı sabit olmasına rağmen, onu yolda tutan çevrenin merkezine doğru yönlendirilmiş bir ivme vardır. Bu ivme, hız vektörünün uygun şekilde değiştirilmesinden sorumludur.

Sıfır hız, bir parçacığın dengesinin belirli bir durumudur ve nesnenin hareketsiz olduğunu onaylamaya eşdeğerdir.

Nesneleri parçacıklar olarak düşünmeye gelince, bu onların küresel hareketlerini tanımlarken çok faydalı bir idealleştirmedir. Gerçekte, etrafımızı saran hareketli nesneler, bireysel çalışmaları külfetli olacak çok sayıda parçacıktan oluşur.

Süperpozisyon ilkesi

Bu ilke, bir nesne üzerindeki çoklu kuvvetlerin etkisinin, sonuçta ortaya çıkan kuvvet FR veya net kuvvet FN olarak adlandırılan eşdeğer bir eşdeğeri ile ikame edilmesine izin verir; bu durumda, bu durumda sıfırdır:

F1 + F2 + F3 +…. = FR = 0

F1, F2, F3…., Fi kuvvetlerinin vücuda etki eden farklı kuvvetler olduğu yerde. Toplama gösterimi, onu ifade etmenin kompakt bir yoludur:

Dengesiz bir kuvvet müdahale etmediği sürece, bu panoramayı sadece bir kuvvet değiştirebileceğinden, nesne sabit hızla süresiz olarak hareket etmeye devam edebilir.

Ortaya çıkan kuvvetin bileşenleri açısından, bir parçacığın dinamik denge durumu şu şekilde ifade edilir: Fx = 0; Fy = 0; Fz = 0.

Dönme ve denge koşulları

Parçacık modeli için, FR = 0 koşulu yeterli denge garantisidir. Bununla birlikte, incelenen mobilin boyutları dikkate alındığında, nesnenin dönme olasılığı vardır.

Dönme hareketi bir ivmenin varlığını ifade eder, bu nedenle dönen cisimler dinamik dengede değildir. Bir cismin dönüşü yalnızca bir kuvvetin katılımını gerektirmez, aynı zamanda onu uygun yere uygulamak gerekir.

Bunu kontrol etmek için, donmuş bir yüzey veya çok parlak bir ayna veya cam gibi sürtünmesiz bir yüzeye ince bir çubuk yerleştirilebilir. Normal, ağırlığı dikey olarak dengeler ve aşağıdaki şekildeki şemaya göre, yatay olarak aynı büyüklükteki iki F1 ve F2 kuvvetini uygulayarak, ne olduğu doğrulanır:

Şekil 2. Sürtünmesiz yüzey üzerindeki bir çubuk, 1 ve 2 kuvvetlerinin nasıl uygulandığına bağlı olarak dengede olabilir veya olmayabilir Kaynak: kendi detaylandırması.

F1 ve F2, solda gösterildiği gibi, ortak bir hareket çizgisi ile uygulanırsa, çubuk hareketsiz kalacaktır. Ancak F1 ve F2 sağda gösterildiği gibi farklı hareket çizgileri ile uygulandığında, paralel olmasına rağmen merkezden geçen eksen etrafında saat yönünde bir dönüş meydana gelir.

Bu durumda, F1 ve F2 bir çift kuvvet veya sadece bir çift oluşturur.

Bir kuvvetin torku veya momenti

Torkun etkisi, örnekteki çubuk gibi uzatılmış bir nesne üzerinde bir dönüş üretmektir. Yüklü vektör büyüklüğüne tork veya ayrıca bir kuvvetin momenti denir. Τ olarak belirtilir ve şu şekilde hesaplanır:

τ = rx F

Bu ifadede F uygulanan kuvvettir ve r dönme ekseninden kuvvetin uygulama noktasına giden vektördür (bkz. Şekil 2). Τ'nin yönü her zaman F ve r'nin bulunduğu ve uluslararası sistemdeki birimlerinin Nm olduğu düzleme diktir.

Örneğin, F1 ve F2 tarafından üretilen momentlerin yönü, vektör çarpım kurallarına göre kağıda doğrudur.

Kuvvetler birbirini etkisiz hale getirse de torkları olmuyor. Ve sonuç, görüntülenen rotasyondur.

Genişletilmiş bir nesne için denge koşulları

Genişletilmiş bir nesnenin dengesini garanti etmek için karşılanması gereken iki koşul vardır:

Sabit hızla eğimli bir düzlemden aşağı kayan 16 kg-f ağırlığında bir kutu veya gövde var. Kamanın eğim açısı θ = 36º'dir. Cevap:

a) Gövdenin sabit hızla kayması için gerekli olan dinamik sürtünme kuvvetinin büyüklüğü nedir?

b) Kinetik sürtünme katsayısı ne kadardır?

c) Eğik düzlemin yüksekliği h 3 metre ise, yere ulaşmanın 4 saniye sürdüğünü bilerek gövdenin alçalma hızını bulun.

Çözüm

Gövde, sanki bir parçacıkmış gibi işlenebilir. Bu nedenle kuvvetler, tüm kütlesinin üzerinde yoğunlaştığı varsayılabilecek yaklaşık olarak merkezinde bulunan bir noktaya uygulanacaktır. İşte bu noktada izlenecek.

Şekil 3. Yokuş aşağı kayan gövde ve ağırlık dağılımı için serbest cisim diyagramı (sağda). Kaynak: kendi kendine.

Ağırlık W koordinat eksenlerinden birine düşmeyen tek kuvvettir ve iki bileşene ayrıştırılması gerekir: Wx ve Wy. Bu ayrışma şemada gösterilmektedir (şekil 3).

Ağırlığı, 9.8 ile çarpmanın yeterli olduğu uluslararası sistemin birimlerine aktarmak da uygundur:

Wy = W. cosθ = 16 x 9,8 x cos 36º N = 126,9 N

Wx = W. sinθ = 16 x 9,8 x sin 36º = 92,2 N

Paragraf a

Yatay eksen boyunca, harekete karşı gelen Wx ağırlığının yatay bileşeni ve dinamik veya kinetik sürtünme kuvveti fk bulunur.

Hareket yönündeki pozitif yönü seçerek, yokuş aşağı giden bloğun sorumlusunun Wx olduğunu görmek kolaydır. Sürtünmeye karşı olduğu için, hızlı kaymak yerine, blok yokuş aşağı sabit hızla kayma olasılığına sahiptir.

İlk denge koşulu yeterlidir, çünkü gövdeyi bir parçacık olarak ele alıyoruz, bu da dinamik dengede olduğu ifadesiyle garantileniyor:

Wx - fk = 0 (yatay yönde ivme yok)

fk = 92,2 N

B bölümü

Dinamik sürtünmenin büyüklüğü sabittir ve fk = μk N olarak verilir. Bu, dinamik sürtünme kuvvetinin normale orantılı olduğu ve bunun büyüklüğünün sürtünme katsayısını bilmek için gerekli olduğu anlamına gelir.

Serbest cisim diyagramını inceleyerek, dikey eksende kamanın gövdeye uyguladığı ve yukarı doğru yönlendirildiği normal N kuvvetine sahip olduğumuzu görebiliriz. Wy ağırlığının dikey bileşeni ile dengelenmiştir. Olumlu bir anlam seçmek ve Newton'un ikinci yasasını ve denge koşulunu kullanmak:

N - Wy = 0 (dikey eksen boyunca hareket yoktur)

Böylece:

N = Wy = 126.9 N

fk = μk N

μk = fk / N = 92,2 / 126,9= 0,73

Bölüm c

Gövdenin kamanın üstünden zemine kadar kat ettiği toplam mesafe trigonometri ile bulunur:

d = h / sin 36º = 3 / günah 36º m = 5,1 m.

Hızı hesaplamak için düzgün doğrusal hareketin tanımı kullanılır:

v = d / t = 5,1 m / 4 s = 1,3 m / s

Referanslar

1. Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 1. 7. Ed. Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Temel Fizik. 9. Baskı Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fizik: Kavramlar ve Uygulamalar. 7. Baskı. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Physics. Addison Wesley. 148-164.