Znajdź równowagę dynamiczną: 5 ważnych faktów, które powinieneś wiedzieć

by

Stan równowagi fizyki różni się nieco od stanu chemii. Równowaga występuje w dwóch formach: statycznej i dynamicznej. Rozważmy więc jeden z nich: równowaga dynamiczna.

Mówi się, że system lub obiekt znajduje się w dynamicznej równowadze, gdy dwa lub więcej procesów zachodzą jednocześnie, ale nie mają na siebie żadnego wpływu netto. Gdy nie ma wpływu wypadkowego procesów na siebie, obiekt porusza się ruchem ciągłym, a dokładniej z zerowym przyspieszeniem i zerową siłą wypadkową.

Po poznaniu, czym dokładnie jest równowaga dynamiczna, poinformujmy teraz, jak i kiedy znaleźć równowagę dynamiczną z niektórymi rozwiązanymi problemami, szczegółowo opisanymi w tym artykule.

Kiedy znaleźć równowagę dynamiczną?

System w równowadze dynamicznej wydaje się początkowo statyczny, ale głębszy, przeciwstawny proces działa, aby utrzymać mikropaństwo stabilny. Daj nam więc znać, kiedy wymagana jest równowaga dynamiczna.

Kiedy konkretny obiekt jest w ruchu, ważne jest znalezienie równowagi dynamicznej. Zasada równowagi dynamicznej jest wykorzystywana przy tworzeniu materiałów nośnych, takich jak sprężyny, liny itp. Inżynierowie wykorzystują tę koncepcję do określenia sił działających na nią podczas budowy innych konstrukcji z nią związanych.

Jak znaleźć równowagę dynamiczną?

Nasze codzienne życie może bardzo skorzystać na dynamicznej równowadze. W świetle tego daj nam znać, jak znaleźć dynamiczną równowagę.

Gdy brane są pod uwagę siły rzeczywiste, Zasada d'Alemberta służy do obliczania równowagi dynamicznej dowolnego układu. Jak na to, różnica między siła wypadkowa działając na układ lub ciało cząstek masowych, a pochodne pędu w czasie wynosi zero, gdy jest rzutowany na dowolne wirtualne przemieszczenie.

Strategia znalezienia równowagi dynamicznej

  1. Oblicz siłę przyłożoną do każdej cząstki ciała w Równowaga dynamiczna.
  2. Ponieważ system znajduje się w stanie dynamicznej równowagi, zidentyfikuj siłę wywieraną na ciało w wyniku ruchu translacyjnego, ruch obrotowy, lub obie.
  3. Wynikające równanie zapewnia niezbędne warunki dla dynamicznego układu równowagi.

Jaki jest wzór na dynamiczną równowagę?

Równanie i zasada D'Alemberta są wykorzystywane do określenia równowagi dynamicznej. Spójrzmy więc na wzór używany do określenia równowagi dynamicznej układu.

Poniżej znajduje się matematyczna reprezentacja zasady D'Alemberta:

⅀i (Fi - Miai) ????Ri =0

Gdzie, 

i : Całka używana do identyfikacji zmiennej w systemie, która odpowiada określonej cząstce

Fi : Całkowita siła przyłożona do ith cząstka

mi : Masa ith cząstka

ai : Przyspieszenie ith cząstka

????Ri : Wirtualne przemieszczenie ith cząstka

& miai : Reprezentacja pochodna po czasie.

Solved Problemy z równowagą dynamiczną

1. Jaka jest siła netto działająca na samochód poruszający się ze stałą prędkością 70 km/h na prostej drodze?

Dany: 

Prędkość samochodu v = 70 km/h = 19.44 m/s

Znaleźć: 

Siła netto działająca na samochód F =?

Rozwiązanie: 

Ponieważ prędkość samochodu jest stała to przyspieszenie samochodu a = 0 m/s2

A zatem, ma = 0 N ……..(1)

Zasadę D'Alemberta podaje:

⅀i (Fi - Miai) ????Ri = 0 ……….(2)

A zatem, 

(F – ma) = 0

Umieszczając wartość równania (1) w powyższym równaniu otrzymujemy siłę netto:

F = 0

W rezultacie suma wszystkich sił działających na samochód jest zrównoważona i musi wynosić zero. Wynika z tego, że samochód jest w równowadze dynamicznej.

2. Znajdź warunek równowagi dynamicznej dla bloku poruszającego się w górę ze stałą prędkością, jak pokazano na poniższym rysunku.

Przechwyć 10 stron internetowych
Blok poruszający się w poziomie w równowadze dynamicznej

Rozwiązanie:

Ponieważ blok jest w dynamicznej równowadze, siła wypadkowa działająca na blok musi wynosić zero. Zatem,

Fnetto = F.x + F.y = 0 ……….(1)

Ponieważ żadna siła nie działa na blok poziomo, siła wypadkowa w kierunku x wynosi zero. W ten sposób możemy napisać:

Fx = 0 ……….(2)

W kierunku y siła rozciągająca T na linie jest w kierunku do góry, a siła grawitacji mg ze względu na swoją masę jest skierowana w dół. W rezultacie siłę wypadkową działającą w kierunku y można podać w następujący sposób:

Fy = T – W = T – mg ……….(3)

Umieszczając wartości równań (2) i (3) w równaniu (1):

Fx + F.y = 0 + T – mg = 0

∴ T = mg

If T > mg, blok przyspieszyłby w kierunku do góry. Jeśli T < mg, blok będzie zwalniał i zwalniał w miarę przesuwania się w górę, aż w końcu by się zatrzymał.

A zatem, T = mg jest wymaganym warunkiem, gdy pewien blok jest w dynamicznej równowadze.

3. Jak widać na poniższym rysunku, gdy pudełko jest przeciągane, porusza się w kierunku x ze stałą prędkością. Określ warunki równowagi dynamicznej.

Przechwyć 9 stron internetowych
Przeciągnięte pudełko w równowadze dynamicznej

Rozwiązanie:

Ponieważ pudełko jest w dynamicznej równowadze, siła wypadkowa działająca na nie byłaby zerowa. 

Siła wypadkowa w kierunku X:

Fx = T, bo ???? - Fk = 0 ……..(1)

Gdzie, fk to kinetyczna siła tarcia

Siła wypadkowa w kierunku Y:

Fy = N + T grzech ???? - Fk = 0 ……….(2)

Zatem równania (1) i (2) są wymaganymi warunkami, aby skrzynka osiągnęła dynamiczną równowagę.

4. Wyznacz siłę naciągu bloku o masie 10 g poruszającego się pionowo w górę ze stałą prędkością.

Dany:

Masa bloku m = 10 gm = 0.01 kg

Znaleźć: 

Siła naciągu działająca na blok T =?

Rozwiązanie:

W rezultacie mówi się, że blok znajduje się w „równowadze dynamicznej”, gdy się porusza stała prędkość. Zatem dla warunku równowagi dynamicznej dla bloku wynosi:

T = mg

Gdzie g jest przyspieszeniem grawitacyjnym (9.8 m/s2)

∴T = 0.01 X 9.8

∴ T = 0.098 N

Zatem siła naciągu danego bloku wynosi 0.098 N.

Wnioski:

Z tego artykułu możemy wywnioskować, że układ lub ciało będzie miało stałą prędkość, gdy znajduje się w równowadze dynamicznej, ponieważ nie będzie na nie oddziaływać żadna siła wypadkowa. Co więcej, zasada D'Alemberta jest wykorzystywana do znajdowania dynamicznej równowagi podczas radzenia sobie z rzeczywistymi siłami.

Przeczytaj także:

     

Zostaw komentarz