Amikor a tárgyakat kötéllel vagy zsinórral kötik össze, a tárgyak közötti feszültség döntő szerepet játszik viselkedésük meghatározásában. A feszültség olyan erő, amely a kötél vagy húr mentén hat, és a kapcsolódó tárgyak között továbbítódik. Alapvető fontosságú, hogy megértsük, hogyan kell pontosan kiszámítani a feszültséget különböző forgatókönyvekben, mivel ez a fizika és a mérnöki tudomány alapvető fogalma.
Ebben a blogbejegyzésben megvizsgáljuk a feszültséget befolyásoló különböző tényezőket, a feszültség kiszámításának alapképletét, valamint lépésről lépésre útmutatókat a feszültség kiszámításához különböző forgatókönyvekben. Kidolgozott példákkal is szolgálunk a fogalmak hatékonyabb megértéséhez.
Hogyan lehet kiszámítani a feszültséget két objektum között
Alapformula a feszültséghez
A két objektum közötti feszültség kiszámításához a következő képletet használhatjuk:
Ahol:
– T a feszültséget jelenti (newtonban)
– F a tárgyra ható erőt jelenti (newtonban)
– A az objektum keresztmetszeti területe (négyzetméterben)
A képlet azt mondja, hogy a feszültség egyenesen arányos a kifejtett erővel és fordítottan arányos a tárgy keresztmetszeti területével.
A feszültséget befolyásoló tényezők
Számos tényező befolyásolhatja a két tárgy közötti feszültséget. Ezek tartalmazzák:
– A kifejtett erő nagysága: Minél nagyobb az erő, annál nagyobb a feszültség.
– A kötél vagy zsinór szöge: Ha a kötél vagy zsinór nem vízszintes vagy függőleges, a feszültséget a szög befolyásolja.
– Súrlódás: Ha súrlódás van a tárgyak vagy a felület között, az befolyásolja a feszültséget.
– Ferde felületek: Ha a tárgyak lejtőn vannak, a tárgyak súlya hozzájárul a feszültséghez.
Útmutató a feszültség kiszámításához lépésről lépésre
Két objektum közötti feszültség kiszámításához kövesse az alábbi lépéseket:
- Határozza meg és értse meg a forgatókönyvet: Határozza meg az objektumok közötti kapcsolat jellegét, az érintett szögeket, valamint a súrlódás vagy a ferde felületek jelenlétét.
- Erők elemzése: Azonosítsa a tárgyakra ható összes erőt, beleértve a gravitációs erőket, az alkalmazott erőket és adott esetben a súrlódási erőket.
- Alkalmazza Newton második törvényét: Használja Newton második törvényét, amely kimondja, hogy az objektumra ható nettó erő egyenlő tömegének és gyorsulásának szorzatával (), meghatározza az érintett erőket.
- Tekintsük a feszültség irányát: Ha a tárgyakat kötél vagy zsinór köti össze, a feszültség ellentétes irányba hat minden tárgyra, de azonos nagyságú.
- Használja a feszítési képletet: Alkalmazza a feszítési képletet () a két objektum közötti feszültség kiszámításához.
- Feszültség megoldása: Helyettesítsd be az ismert értékeket a képletbe, és számítsd ki a feszültséget.
A feszültség kiszámítása különböző forgatókönyvekben
Most nézzük meg, hogyan számítható ki a feszültség különböző forgatókönyvekben:
Két objektum közötti feszültség kiszámítása függőlegesen
Ha két tárgyat függőlegesen kötél vagy zsinór köt össze, a kötél feszültsége megegyezik a tárgyak súlyával. A súlyt a következő képlettel lehet kiszámítani:
Ahol:
– W a tárgy súlyát jelöli (newtonban)
– m a tárgy tömege (kilogrammban)
– g a gravitáció okozta gyorsulást jelöli (körülbelül 9.8 m/s²)
Ezért a két tárgy közötti feszültség is egyenlő lesz a tárgyak súlyával.
Két objektum közötti feszültség kiszámítása vízszintesen, súrlódás nélkül
Abban a forgatókönyvben, amikor két tárgy vízszintesen kötéllel vagy zsinórral van összekötve, és nincs súrlódás, a feszültség egyenlő lesz az egész kötélen. Ez azt jelenti, hogy a kötél feszültsége mindkét végén azonos lesz. A feszültség kiszámításához a következő képletet használhatjuk:
ahol F a kötél egyik végére kifejtett erőt jelenti.
Két objektum közötti feszültség kiszámítása vízszintesen súrlódással
Ha súrlódás van a tárgyak vagy a felület között, az befolyásolja a kötél feszültségét. Ebben az esetben a feszültség számításakor figyelembe kell vennünk a súrlódásból adódó többleterőt. A súrlódási erő a következő képlettel számítható ki:
Ahol:
- a súrlódási erőt jelenti (newtonban)
- a súrlódási együtthatót jelenti
– N a normál erőt jelenti (a legtöbb esetben megegyezik a tárgy súlyával)
A feszültség ezután kiszámítható az alkalmazott erő és a súrlódási erő összeadásával:
Feszültség kiszámítása két objektum között egy csigán
Ha két tárgyat egy tárcsán áthaladó kötél köt össze, a kötél feszültsége a tárgyak tömegétől és a gravitációból adódó gyorsulástól függ. A feszültség kiszámításához a következő egyenletet használhatjuk:
Ahol:
– T a kötél feszültségét jelenti (newtonban)
– m1 és m2 az összekapcsolt tárgyak tömegét jelenti (kilogrammban)
– g a gravitáció okozta gyorsulást jelöli (körülbelül 9.8 m/s²)
Feszültség kiszámítása két lejtőn lévő objektum között
Ha két tárgyat kötél köt össze ferde felületen, a kötél feszültségét a tárgyak súlya és a dőlésszög befolyásolja. A feszültség kiszámításához figyelembe kell vennünk a súlynak a lejtő mentén ható összetevőjét. A feszültség a következő képlettel számítható ki:
Ahol:
– T a kötél feszültségét jelenti (newtonban)
– m a tárgy tömege (kilogrammban)
– g a gravitáció okozta gyorsulást jelöli (körülbelül 9.8 m/s²)
- a dőlésszöget jelenti
- a súrlódási együtthatót jelenti
Kidolgozott példák
Lássunk most néhány példát, hogy megszilárdítsuk a feszültség kiszámításának megértését:
Példa a feszültség függőleges kiszámítására
Vegyünk például két 5 kg és 3 kg tömegű tárgyat, amelyeket függőlegesen kötél köt össze. A feszültség kiszámításához használhatjuk a súlyképletet:
Az első tárgy súlya:
A második tárgy súlya:
Ezért a két objektum közötti feszültség:
Tehát a két objektum közötti feszültség 78.4 newton.
Példa a feszültség vízszintes kiszámítására súrlódás nélkül
Tekintsünk egy másik példát, ahol két 8 kg össztömegű tárgyat vízszintesen kötünk össze egy kötéllel, és a kötél egyik végére 40 N erő hat. Mivel nincs súrlódás, a feszültség az egész kötélen azonos lesz. Ezért a feszültség a következő képlettel számítható ki:
Az értékek behelyettesítése a képletbe:
Tehát a két objektum közötti feszültség 20 newton.
Példa a szíjtárcsa feszültségének kiszámítására
Tekintsünk két 2 kg és 3 kg tömegű tárgyat, amelyeket egy súrlódásmentes szíjtárcsán áthaladó kötél köt össze. A feszültség kiszámításához a következő egyenletet használhatjuk:
Az értékek behelyettesítése az egyenletbe:
Tehát a kötél feszültsége körülbelül 23.52 newton.
Példa a feszültség kiszámítására lejtőn
Tekintsünk egy olyan forgatókönyvet, amelyben egy 10 kg tömegű tárgyat egy 30 fokos szögű lejtőn lévő kötélhez kötünk. A tárgy és a lejtő közötti súrlódási tényező 0.2. A feszültség kiszámításához a következő képletet használhatjuk:
Az értékek behelyettesítése a képletbe:
Az egyenlet egyszerűsítése:
Ezért a kötél feszültsége körülbelül 30.9 newton.
A két objektum közötti feszültség kiszámítása alapvető fogalom a fizikában és a mérnöki tudományban. A feszültség alapképletének megértésével és különféle tényezők, például erők, szögek, súrlódások és dőlések figyelembevételével pontosan kiszámíthatjuk a feszültséget a különböző forgatókönyvekben. Ne felejtse el használni a megfelelő képleteket és lépésről lépésre történő számításokat a megfelelő feszültségértékek eléréséhez. Gyakoroljon a kidolgozott példákkal, hogy megerősítse megértését. Tehát menjen előre, és alkalmazza újonnan megszerzett tudását a feszültséggel kapcsolatos problémák magabiztos kezelésében!
Hogyan érthető meg jobban a két objektum közötti feszültség fogalma a feszítőerőre vonatkozó példákon keresztül a fizikában?
A fizikában a feszítőerő példái értékes betekintést nyújthatnak a két tárgy közötti feszültség fogalmának megértéséhez. Valós forgatókönyvek feltárásával, mint például a két tárgyat összetartó kötél feszültsége vagy egy függő tárgyat tartó kábel feszültsége, gyakorlati megértést nyerhetünk a feszítőerők működéséről. Ezek a példák bemutatják, hogy a feszítőerő nagysága hogyan függ különböző tényezőktől, például a kötél szögétől vagy a függő tárgy súlyától. Az ilyen példák tanulmányozásával elmélyíthetjük ismereteinket a feszítőerőkről és arról, hogy ezek hogyan hatnak a tárgyak közötti kölcsönhatásra. Ha többet szeretne megtudni a feszítőerő konkrét példáiról a fizikában, látogassa meg a következő cikket Példák a feszítőerőre a fizikában.
Numerikus problémák két objektum közötti feszültség kiszámításához
1 probléma:
Két 5 kg és 8 kg tömegű tárgyat egy tárcsán áthaladó kötél köt össze. A rendszer kezdetben nyugalomban van. Keresse meg a kötél feszességét.
Megoldás:
Tegyük fel, hogy a kötél feszültsége az (Newtonban).
Mivel a rendszer kezdetben nyugalomban van, a rendszer gyorsulása 0.
Ha minden objektumra alkalmazzuk Newton második törvényét, a következő egyenleteket állíthatjuk fel:
5 kg tömegű tárgy esetén:
8 kg tömegű tárgy esetén:
Az egyenletek egyszerűsítése:
Az egyenleteket megoldva azt kapjuk, hogy:
Ezért a kötél feszültsége 49 Newton.
2 probléma:
Egy 10 kg tömegű blokk függőlegesen lóg egy tárcsáról. Az első blokkhoz egy másik, 5 kg tömegű blokkot erősítenek a szíjtárcsán áthaladó kötéllel. Keresse meg a kötél feszességét.
Megoldás:
Tegyük fel, hogy a kötél feszültsége az (Newtonban).
A rendszer gyorsulása a rendszerre ható nettó erő figyelembevételével határozható meg.
A 10 kg-os blokkra ható gravitációs erő az N, az 5 kg-os tömbre ható gravitációs erő pedig az N.
A rendszerre ható nettó erő e két erő különbsége, ami N.
Newton második törvényének alkalmazásával a következő egyenletet állíthatjuk fel:
Az egyenlet egyszerűsítése:
Mivel a rendszer gyorsulása mindkét blokknál azonos, helyettesíthetjük val vel m/s².
Az egyenletet megoldva azt kapjuk, hogy:
Ezért a kötél feszültsége 235.5 Newton.
3 probléma:
Egy 4 kg tömegű tömböt vízszintesen 40 N erővel húznak. A blokkot egy másik 6 kg tömegű tömbhöz egy csigán áthaladó kötél köti össze. Keresse meg a kötél feszességét.
Megoldás:
Tegyük fel, hogy a kötél feszültsége az (Newtonban).
A rendszer gyorsulása a rendszerre ható nettó erő figyelembevételével határozható meg.
A 6 kg-os blokkra ható gravitációs erő az N.
Newton második törvényének alkalmazásával a következő egyenletet állíthatjuk fel:
Az egyenlet egyszerűsítése:
Mivel a rendszer gyorsulása mindkét blokknál azonos, helyettesíthetjük val vel m/s².
Az egyenletet megoldva azt kapjuk, hogy:
Ezért a kötél feszültsége 535.04 Newton.
Is Read:
- Hogyan számítsuk ki a sebességet az erőből és a tömegből
- Hogyan számítsuk ki a lendületet ütközés előtt
- A fluxuskapcsolat kiszámítása
- Hogyan találjuk meg a nettó erőt hogyan számítsuk ki a nettó erőt
- Hogyan számítsuk ki a rendszer lendületét
- Hogyan számítsuk ki a tömeget az erőből
- Hogyan számítsuk ki a tömeget a tömegből
- Hogyan számítsuk ki az erőt gyorsulás nélkül
- Hogyan számítsuk ki a tömeget az erőből és a sebességből
- Hogyan számítsuk ki a tömeget a gravitációs erőből
Keerthi K Murthy vagyok, fizika szakos érettségit szereztem szilárdtestfizika szakirányon. A fizikát mindig is alapvető tantárgynak tartottam, amely a mindennapi életünkhöz kapcsolódik. Tudományos hallgató lévén, szívesen fedezek fel új dolgokat a fizikában. Íróként az a célom, hogy cikkeimmel leegyszerűsített módon elérjem az olvasókat.