Tubuh yang kaku

Apa itu tubuh yang kaku?

Tubuh yang kaku adalah objek material yang partikelnya selalu tetap berada di posisi relatif yang sama. Oleh karena itu adalah objek yang tidak berubah bentuk, kualitas yang dikaitkan dengan kekuatan kohesi intens yang menjaga partikel tetap di tempatnya.

Sebenarnya partikel -partikel dari tubuh apa pun yang mengalami kekuatan eksternal cenderung bergetar atau bergerak, sehingga objek selalu berubah bentuk sampai batas tertentu, tetapi efek ini biasanya kecil.

Ketika ini masalahnya, dapat diasumsikan bahwa tubuh itu kaku dan memiliki pendekatan yang sangat baik untuk perilakunya, bahkan jika itu adalah idealisasi.

Jenis tubuh yang kaku

Anda dapat membedakan dua jenis tubuh yang kaku:

• Mereka yang partikelnya datang dalam jumlah diskrit, yaitu, mereka dapat menghitung. Misalnya, dua bidang logam yang dihubungkan oleh batang tipis dan ringan dapat dianggap sebagai entitas yang unik. Jika batangnya cukup kaku untuk tidak menekuk, sistem dianggap sebagai tubuh yang kaku.
• Mereka yang kontinu, yang berarti bahwa partikel -partikel yang mewujudkannya. Objek sehari -hari dan alam adalah contoh yang baik: batu, furnitur dan lainnya, serta tanah dan batu surgawi lainnya berbatu.

Gerakan dan dinamika tubuh yang kaku

Seperti benda yang dianggap sebagai partikel, benda yang kaku dapat ditransfer, berputar dan memiliki gerakan yang lebih umum, menggabungkan terjemahan dan rotasi.

Untuk mempelajari terjemahannya tidak perlu.

Gerakan terjemahan dan rotasi ini dapat berupa:

• Independen, seperti dalam kasus planet, yang memiliki gerakan rotasi di sekitar sumbu mereka (dianggap tetap) dan terjemahan lainnya di sekitar matahari, tetapi kecepatan masing -masing tidak terkait.
• Broken-TRASH, jika kecepatan sudut dan kecepatan terjemahan pusat massa terkait. Dalam hal ini sumbu rotasi adalah mobile, seperti dalam kasus silinder yang turun menembak tanpa tergelincir oleh kemiringan miring.

Ini dapat melayani Anda: Hukum Termodinamika Pertama: Rumus, Persamaan, Contoh

Dinamika kaku padat

Besaran berikut ini relevan dalam dinamika padat yang kaku:

Pusat Massa

Pusat massa adalah titik di mana seluruh massa tubuh dianggap terkonsentrasi. Jika itu adalah tubuh yang homogen dan simetris, sebagai bola, pusat massa bertepatan dengan pusat geometris.

Momen inersia

Besarnya skalar ini adalah nilai inersia atau resistansi rotasi yang menentang objek untuk berputar di sekitar sumbu tertentu. Itu sepenuhnya tergantung pada geometri objek dan massa dan oleh karena itu, dalam kasus tertentu, lebih mudah untuk membalikkan sumbu tertentu daripada pada yang lain.

Untuk tubuh dengan bentuk geometris yang ditentukan dengan baik, ada meja dengan momen inersia sehubungan dengan sumbu simetri, misalnya yang melewati pusat massa. Dengan informasi ini dan teorema yang terkait dengan momen inersia, momen sehubungan dengan sumbu lain dapat dengan mudah dihitung.

Pasukan dan torsi atau torsi

Pasukan diminta untuk menggerakkan tubuh. Jika pusat massa padat yang kaku bergerak, persamaan gerakan, menurut hukum kedua Newton, adalah:

F_Bersih = M ∙ke_cm

Di mana:

-Gaya bersihnya F_Bersih

-M adalah massa

-Percepatan pusat massa adalah ke_cm

Namun, tidak semua kekuatan yang diterapkan membuat objek pecah. Untuk melakukan ini, torsi atau torsi diperlukan, yang mengatakan seberapa efektif aksi rotasi suatu gaya. Itu didefinisikan sebagai produk vektor antara vektor posisi R Mengenai titik dan kekuatan tertentu F yang dipertanyakan. Itu dilambangkan dengan surat Yunani τ (Dalam huruf tebal, itu juga vektor):

Dapat melayani Anda: gerakan elips

τ = R × F

Dalam sistem internasional, unit torsi adalah N⋅m (Newton per meter).

Dalam banyak kasus, gerakan rotasi di sekitar sumbu yang melewati pusat massa dijelaskan oleh persamaan analog dengan hukum kedua Newton:

Di mana subskrip "z" mengacu pada sumbu rotasi yang melewati sumbu simetri, diperbaiki atau bergerak, tetapi tanpa mengubah arah, dan_cm Ini adalah momen inersia sehubungan dengan pusat massa dan α_z Itu adalah percepatan sudut tubuh. Musim panas mencakup semua momen eksternal di sekitar sumbu z.

Energi kinetik dari padatan yang kaku

Pergerakan tubuh yang kaku dijelaskan oleh terjemahan pusat massa dan rotasi di sekitar titik itu, oleh karena itu, energi kinetiknya memiliki kontribusi keduanya.

Biarkan k energi kinetik tubuh, v_cm Kecepatan pusat massa, m massa tubuh, dan_cm Momen inersia sehubungan dengan pusat massa dan Ω kecepatan sudut. Dapat ditunjukkan bahwa energi kinetik adalah:

K = ½ mV_cm² + ½ i_cm Ω²

Diamati bahwa istilah kedua ke kanan adalah analog rotasi dari istilah kiri. Di sana saat inersia memainkan peran yang sama dengan massa, sedangkan kecepatan sudut memiliki peran yang sama dengan kecepatan linier.

Contoh dalam kehidupan sehari -hari

Pendulum fisik

Pendulum fisik

Pendulum fisik atau pendulum asli sangat mudah dibangun: terdiri dari padatan kaku seperti batang atau batang, berosilasi bebas di sekitar sumbu horizontal. Sumbu rotasi tidak melintasi pusat massa objek dan ini pada prinsipnya dapat memiliki bentuk apa pun.

Dapat melayani Anda: resistance thermometer: karakteristik, operasi, penggunaan

Pendulum ini berbeda dari pendulum sederhana, karena yang terakhir dianggap bahwa massa yang menyusunnya tepat waktu.

Roda sepeda

Roda sepeda

Contoh tubuh kaku lainnya yang terkenal adalah roda sepeda, yang porosnya melewati pusat massa, yang melintasi pusat roda. Selama mereka tidak condong ke samping atau berbelok, persamaan dinamika yang dijelaskan berlaku untuk menggambarkan gerakan Anda.

Bola bowling

Contoh yang bagus dari tubuh yang kaku adalah bola bowling

Model solid yang kaku beradaptasi dengan sangat baik untuk menggambarkan pergerakan bola bowling di trek atau saat bergulir tanpa meluncur menuruni jalan kembali.

Yoyo

Yoyo adalah mainan populer yang dapat dimodelkan seperti tubuh yang kaku

Mainan populer ini dibuat dengan silinder kayu atau plastik dan tali yang diliputi dalam slot yang mengelilinginya.

Silinder dapat dimodelkan sebagai badan kaku di mana tegangan dalam string memberikan torsi untuk rotasi, sedangkan berat (diterapkan pada pusat massa) dan tegangan bertanggung jawab untuk percepatan vertikal dari pusat massa.

Referensi

1. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 1. MC Graw Hill. 
2. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
3.  Katz, d. 2013. Fisika untuk Ilmuwan dan Insinyur. Yayasan dan Koneksi. Pembelajaran Cengage.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. Volume 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Ed. Pembelajaran Cengage.