Apa itu keseimbangan dinamis? (Dengan contoh)

Dia keseimbangan dinamis Itu adalah keadaan di mana objek seluler idealnya direpresentasikan sebagai partikel ketika gerakannya seragam bujursangkar. Fenomena ini terjadi ketika jumlah kekuatan eksternal yang bekerja di atasnya dibatalkan.

Biasanya diyakini bahwa jika tidak ada kekuatan jaring atau yang dihasilkan pada suatu objek, istirahat adalah satu -satunya konsekuensi yang mungkin terjadi. Atau juga agar tubuh menjadi seimbang tidak boleh ada kekuatan yang bertindak.

Gambar 1. Kucing ini bergerak dalam keseimbangan dinamis jika melakukannya dengan kecepatan konstan. Sumber: Pixabay.

Sebenarnya keseimbangannya tidak adanya akselerasi, dan oleh karena itu kecepatan konstan sangat mungkin. Kucing dalam gambar dapat bergerak tanpa akselerasi.

Objek yang memiliki gerakan melingkar yang seragam tidak dalam keseimbangan dinamis. Meskipun kecepatannya konstan, ada akselerasi yang diarahkan ke pusat keliling yang membuatnya tetap di lintasan. Akselerasi ini bertanggung jawab untuk mengubah dengan benar ke vektor kecepatan.

Null Speed ​​adalah situasi khusus keseimbangan partikel, setara dengan menegaskan bahwa objek sedang istirahat.

Adapun untuk mempertimbangkan objek sebagai partikel, itu adalah idealisasi yang sangat berguna saat menggambarkan gerakan global mereka. Sebenarnya objek seluler yang mengelilingi kita terdiri dari sejumlah besar partikel yang studi individualnya akan rumit.

[TOC]

Prinsip superposisi

Prinsip ini memungkinkan untuk mengganti aksi beberapa kekuatan pada objek dengan setara yang disebut gaya dingin atau gaya bersih FN dan dalam hal ini batal:

F1 +F2 +F3 +… . = Fr = 0

Dimana pasukan f1, f2, f3 .. ., Fi adalah kekuatan berbeda yang bertindak pada tubuh. Notasi Sumory adalah cara yang kompak untuk mengekspresikannya:

Selama gaya yang tidak seimbang tidak campur tangan, objek dapat dipertahankan tanpa batas waktu dengan kecepatan konstan, karena hanya suatu gaya yang dapat mengubah panorama ini.

Dalam hal komponen gaya yang dihasilkan, kondisi keseimbangan dinamis suatu partikel dinyatakan sebagai berikut: FX = 0; TA = 0; Fz = 0.

Kondisi rotasi dan keseimbangan

Untuk model partikel, kondisi FR = 0 adalah jaminan keseimbangan yang cukup. Namun, saat mempertimbangkan dimensi ponsel yang sedang dipelajari, ada kemungkinan bahwa objek dapat berputar.

Gerakan rotasi menyiratkan keberadaan akselerasi, oleh karena itu badan yang berputar tidak dalam keseimbangan dinamis. Pergantian tubuh tidak hanya membutuhkan partisipasi suatu kekuatan, tetapi perlu untuk menerapkan situs yang nyaman.

Untuk memeriksanya, Anda dapat menempatkan batang tipis panjangnya pada permukaan yang bebas dari gesekan, seperti permukaan es atau cermin atau kaca yang sangat halus. Saldo normal dengan berat secara vertikal, dan ketika menerapkan dua gaya F1 dan F2 dengan besarnya yang sama, menurut diagram dari gambar berikut, apa yang terjadi:

Gambar 2. Batang pada permukaan tanpa gesekan mungkin atau mungkin tidak seimbang, tergantung pada bagaimana kekuatan 1 dan 2 diterapkan. Sumber: Made sendiri.

Jika F1 dan F2 berlaku seperti yang ditunjukkan ke kiri, dengan garis aksi yang umum, batang akan tetap diam. Tetapi jika F1 dan F2 berlaku seperti yang ditunjukkan ke kanan, dengan garis aksi yang berbeda, meskipun paralel, rotasi terjadi dalam jadwal, di sekitar sumbu yang melewati tengah.

Dalam hal ini, F1 dan F2 merupakan beberapa kekuatan atau sekadar pasangan.

Torsi atau momen kekuatan

Efek torsi adalah menghasilkan rotasi pada objek yang diperluas seperti batang contoh. Besaran vektor yang bertugas disebut torsi atau juga momen gaya. Itu dilambangkan sebagai τ dan dihitung oleh:

τ = r x f

Dalam ungkapan ini F adalah gaya yang diterapkan dan R adalah vektor yang beralih dari sumbu rotasi ke titik penerapan gaya (lihat Gambar 2). Arah τ selalu tegak lurus terhadap bidang di mana f dan r lie dan unit -unitnya dalam sistem internasional adalah n.M.

Sebagai contoh, arah momen yang dihasilkan oleh F1 dan F2 adalah ke arah kertas, sesuai dengan aturan produk vektor.

Meskipun kekuatan saling membatalkan, torsi mereka tidak. Dan hasilnya adalah rotasi yang ditunjukkan.

Kondisi keseimbangan untuk objek yang diperluas

Ini adalah dua kondisi yang harus dipenuhi untuk menjamin saldo objek yang diperluas:

Contoh terpecahkan

Anda memiliki laci atau batang yang beratnya 16 kg-f, yang meluncur melalui bidang miring dengan kecepatan konstan. Sudut kemiringan baji adalah θ = 36º. Membalas:

a) Berapa besarnya gaya gesekan dinamis yang diperlukan untuk batang untuk meluncur dengan kecepatan konstan?

b) Berapa koefisien gesekan kinetik?

c) Jika ketinggian h dari bidang miring adalah 3 meter, temukan laju keturunan batang mengetahui bahwa dibutuhkan 4 detik untuk mencapai tanah.

Larutan

Batang dapat diperlakukan seolah -olah itu adalah partikel. Oleh karena itu, kekuatan akan berlaku pada titik yang terletak kira -kira di pusatnya, di mana semua massanya dapat diasumsikan. Sampai pada titik inilah trek akan diikuti.

Gambar 3. Diagram Tubuh Gratis untuk Batang yang tergelincir ke bawah dan dekomposisi berat (kanan). Sumber: Made sendiri.

Berat W adalah satu -satunya kekuatan yang tidak jatuh pada salah satu sumbu koordinat dan harus dipecah menjadi dua komponen: WX dan WY. Dekomposisi ini ditunjukkan dalam skema (Gambar 3).

Juga lebih mudah untuk meneruskan bobot ke unit sistem internasional, yang cukup untuk berlipat ganda dengan 9.8:

Wy = w.cosθ = 16 x 9.8 x cos 36º N = 126.9 n

Wx = w.Sen = 16 x 9.8 x sin 36º = 92.2 n

Bagian a

Di seluruh sumbu horizontal adalah komponen horizontal dari berat WX dan gaya gesekan dinamis atau kinetik FK, yang menentang gerakan tersebut.

Memilih pengertian positif ke arah gerakan, mudah untuk memperhatikan bahwa wx bertanggung jawab atas blok untuk menuruni bukit. Dan sebagai gesekan ditentang, bukannya tergelincir dengan cepat, blok memiliki kemungkinan meluncur terus -menerus menurun.

Kondisi kesetimbangan pertama sudah cukup, karena kami memperlakukan batang sebagai partikel, yang dijamin dalam pernyataan yang berada dalam keseimbangan dinamis:

WX - FK = 0 (tidak ada akselerasi di alamat horizontal)

FK = 92.2 n

Bagian b

Besarnya gesekan dinamis adalah konstan dan diberikan oleh FK = μk n. Ini berarti bahwa gaya gesekan dinamis sebanding dengan normal dan besarnya ini diperlukan untuk mengetahui koefisien gesekan.

Mengamati diagram tubuh bebas, dapat dilihat bahwa pada sumbu vertikal kita memiliki gaya N normal, yang diberikan irisan pada batang dan diarahkan ke atas. Dia seimbang dengan komponen vertikal berat wy. Memilih sebagai pengertian positif dan memanfaatkan hukum kedua Newton dan hasil status keseimbangan:

N - wy = 0 (tidak ada gerakan di sepanjang sumbu vertikal)

Karena itu:

N = wy = 126.9 n

fk = μk n

μk = fk / n = 92.2 /126.9 = 0.73

Bagian c

Total jarak yang ditempuh oleh bagasi dari atas irisan ke tanah ditemukan oleh trigonometri:

d = h/sin 36º = 3/sin 36º M = 5.1 m.

Untuk menghitung kecepatan, definisi untuk pergerakan bujursangkar yang seragam digunakan:

V = d/t = 5.1 m/4 s = 1.3 m/s

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. Ed. Pembelajaran Cengage. 120 - 124.
3. Serway, r., Vulle, c. 2011. Dasar -dasar fisika. 9NA 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.