Berapa keseimbangan partikel? (Dengan contoh)

Dia keseimbangan partikel Itu adalah keadaan di mana suatu partikel adalah ketika kekuatan eksternal yang bekerja pada mereka dibatalkan satu sama lain. Ini berarti bahwa ia mempertahankan keadaan konstan, sehingga dapat terjadi dengan dua cara berbeda tergantung pada situasi tertentu.

Yang pertama adalah berada dalam keseimbangan statis, di mana partikel tidak bergerak; Dan yang kedua adalah keseimbangan dinamis, di mana jumlah kekuatan dibatalkan, tetapi namun partikel tersebut memiliki gerakan bubur seragam yang seragam.

Gambar 1. Balance Formasi Batu. Sumber: Pixabay.

Model partikel adalah pendekatan yang sangat berguna untuk mempelajari pergerakan tubuh. Ini terdiri dari dengan asumsi bahwa seluruh massa tubuh terkonsentrasi dalam satu titik, terlepas dari ukuran objek. Dengan cara ini Anda dapat mewakili planet, mobil, elektron atau bola billiard.

[TOC]

Kekuatan yang dihasilkan

Pada titik yang mewakili objek adalah di mana kekuatan yang mempengaruhi itu bertindak. Semua kekuatan ini dapat digantikan dengan satu yang membuat efek yang sama, yang disebut kekuatan yang dihasilkan salah satu Kekuatan net Dan itu dilambangkan sebagai f_R atau f_N.

Menurut hukum kedua Newton, ketika ada kekuatan yang tidak seimbang, tubuh mengalami akselerasi yang sebanding dengan memaksa:

F_R = m.ke

Di mana ke Itu adalah percepatan yang diperoleh objek berkat tindakan kekuatan dan M Itu adalah massa objek. Apa yang terjadi jika tubuh tidak dipercepat? Tepatnya apa yang ditunjukkan pada awalnya: Tubuh sedang istirahat atau bergerak dengan gerakan bujursangkar yang seragam, yang tidak memiliki akselerasi.

Untuk suatu partikel dalam keseimbangan itu valid untuk memastikan bahwa:

F_R = 0

Karena menambahkan vektor tidak selalu menyiratkan modul, vektor harus membusuk. Dengan demikian, itu valid untuk diungkapkan:

F_X = m.ke_X = 0; F_Dan = m.ke_Dan = 0; F_z = m.ke_z = 0

Diagram Tubuh Gratis

Untuk memvisualisasikan kekuatan yang bertindak pada partikel, diagram tubuh bebas harus dibuat, di mana semua kekuatan yang bekerja pada objek diwakili oleh panah.

Dapat melayani Anda: magnetosfer bumi: karakteristik, struktur, gas

Persamaan sebelumnya adalah sifat vektor. Dengan membusuk kekuatan, mereka dibedakan dengan tanda -tanda. Dengan cara ini dimungkinkan bahwa jumlah komponennya menjadi nol.

Berikut ini adalah indikasi penting untuk gambar menjadi berguna:

- Pilih sistem referensi di mana jumlah kekuatan terbesar berada pada sumbu koordinat.

- Berat selalu ditarik secara vertikal.

- Dalam kasus eksistor dua atau lebih permukaan yang bersentuhan ada gaya normal, yang selalu ditarik dengan mendorong tubuh dan tegak lurus terhadap permukaan yang mengerahkannya.

- Untuk sebuah partikel dalam kesetimbangan mungkin ada gesekan yang sejajar dengan permukaan kontak dan menentang gerakan yang mungkin, jika partikel tersebut dipertimbangkan saat istirahat, atau pasti dalam oposisi, jika partikel bergerak dengan MRU (gerakan seragam lumbung)).

- Jika ada tali, ketegangan selalu ditarik dan menarik tubuh.

Cara menerapkan kondisi saldo

Gambar 2. Dua kekuatan yang diterapkan dengan cara yang berbeda pada tubuh yang sama. Sumber: Made sendiri.

Dua kekuatan dengan besarnya dan arah dan indera yang berlawanan

Gambar 2 menunjukkan partikel di mana dua kekuatan bertindak. Pada gambar di sebelah kiri partikel menerima aksi dua kekuatan f₁ dan f₂ yang memiliki besarnya dan bertindak yang sama dalam arah yang sama dan dalam arti yang berlawanan.

Partikel itu seimbang, tetapi tetap dengan informasi yang diberikan tidak mungkin untuk mengetahui apakah keseimbangannya statis atau dinamis. Informasi lebih lanjut tentang sistem referensi inersia diperlukan dari mana objek diamati.

Dua kekuatan dengan besarnya berbeda, arah yang sama dan indera yang berlawanan

Gambar tengah menunjukkan partikel yang sama, yang kali ini tidak dalam kesetimbangan, karena besarnya gaya f₂ lebih besar dari f₁. Oleh karena itu ada gaya yang tidak seimbang dan objek memiliki akselerasi dalam arah yang sama dengan f₂.

Dapat melayani Anda: Darcy Law

Dua kekuatan dengan besarnya sama dan arah yang berbeda

Akhirnya pada gambar di sebelah kanan kami mengamati tubuh yang juga tidak seimbang. Meskipun f₁ dan f₂ Mereka memiliki besarnya, gaya f₂ Itu tidak ke arah yang sama dengan 1. Komponen vertikal f₂ Itu tidak ditimbulkan oleh yang lain dan partikel mengalami akselerasi ke arah itu.

Tiga kekuatan dengan arah yang berbeda

Dapatkah sebuah partikel yang diserahkan ke tiga kekuatan seimbang? Ya, selama saat menempatkan ujung masing -masing, angka yang dihasilkan adalah segitiga. Dalam hal ini jumlah vektor nol.

Gambar 3. Partikel yang tunduk pada aksi 3 kekuatan dapat seimbang. Sumber: Made sendiri.

Gesekan

Kekuatan yang sering mengintervensi keseimbangan partikel adalah gesekan statis. Itu karena interaksi objek yang diwakili oleh partikel dengan permukaan yang lain. Misalnya, buku dalam keseimbangan statis pada tabel miring dimodelkan sebagai partikel dan memiliki diagram tubuh bebas seperti berikut:

Gambar 4. Diagram Tubuh Gratis Buku di Pesawat Miring. Sumber: Made sendiri.

Kekuatan yang mencegah buku itu tergelincir melalui permukaan bidang miring dan tetap diam adalah gesekan statis. Itu tergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan, yang secara mikroskopis memiliki kekasaran dengan puncak yang terkunci, menghambat gerakan.

Nilai gesekan statis maksimum sebanding dengan gaya normal, yang mengerahkan permukaan pada objek yang didukung, tetapi tegak lurus terhadap permukaan tersebut. Dalam contoh buku ini ditunjukkan dengan warna biru. Secara matematis itu dinyatakan sebagai berikut:

F_lagi∝ N

Konstanta proporsionalitas adalah Koefisien gesekan statis μ_S, yang ditentukan secara eksperimental, tidak dimensi dan tergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan.

F_{S max} = μ_S N

Gesekan dinamis

Jika suatu partikel berada dalam keseimbangan dinamis, gerakan ini sudah terjadi dan gesekan statis tidak lebih banyak campur tangan. Jika beberapa kekuatan gesekan yang menentang gerakan ini hadir, tindakan gesekan dinamis, yang besarnya konstan dan diberikan oleh:

Dapat melayani Anda: apa sifat termal dan apa itu? (Dengan contoh)

F_k = μ_k N

Di mana μ_k Apakah dia Koefisien gesekan dinamis, yang juga tergantung pada jenis permukaan yang bersentuhan. Seperti koefisien gesekan statis, itu tidak dimensi dan nilainya ditentukan secara eksperimental.

Nilai koefisien gesekan dinamis biasanya kurang dari gosok statis.

Contoh terpecahkan

Buku pada Gambar 3 sedang istirahat dan memiliki massa 1.30 kg. Pesawat memiliki sudut kecenderungan 30º. Temukan koefisien gesekan statis antara buku dan permukaan pesawat.

Larutan

Penting untuk memilih sistem referensi yang sesuai, lihat gambar berikut:

Gambar 5. Buku -Diagram Bodi Gratis pada bidang miring dan dekomposisi berat badan. Sumber: Made sendiri.

Berat buku ini besar W = mg, Namun, perlu memecahnya menjadi dua komponen: W_X Dan W_Dan, Karena itu adalah satu -satunya kekuatan yang tidak jatuh tepat di atas sumbu koordinat. Dekomposisi berat badan diamati pada gambar di sebelah kiri.

W_Dan = mg.cosθ = 1.30 x 9.8 x cos 30º N = 11.03 n

W_X = mg.Senθ = 1.30 x 9.8 x sen 30º = 6.37 n

Ke -2. Hukum Newton untuk sumbu vertikal adalah:

N - wy = 0

N = mg. cos θ = 11.03 n.

Menerapkan ke -2. Hukum Newton untuk Sumbu X, memilih sebagai positif arah gerakan yang mungkin:

W_X - F_S = 0

Gesekan maksimum adalah F_{S Max}= μ_SN, Karena itu:

W_X - μ_SN = 0

μ_S = W_X / N = 6.37/11.03 = 0.58

Referensi

1. Rex, a. 2011. Dasar -dasar fisika. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7^ma. Ed. Pembelajaran Cengage. 120 - 124.
3. Serway, r., Vulle, c. 2011. Dasar -dasar fisika. 9^na Ed. Pembelajaran Cengage. 99-112.
4. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit MacGraw. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fisika. Addison Wesley. 148-164.