كيفية حساب القوة العرضية

المحتوى

• كائن مثبت عند نقطة
• عزم الدوران
• حركة دائرية غير موحدة

في المشاكل التي تنطوي على حركة دائرية ، تقوم في كثير من الأحيان بتحليل قوة إلى قوة شعاعية ، F_r ، تشير إلى مركز الحركة وقوة عرضية ، F_t ، تشير إلى عمودي على F_r ومماسة للمسار الدائري. مثالان على هذه القوى هما تلك المطبقة على الأشياء المثبتة في نقطة والحركة حول المنحنى عند وجود احتكاك.

كائن مثبت عند نقطة

استخدم حقيقة أنه إذا تم تثبيت كائن ما في نقطة ما وقمت بتطبيق قوة F على مسافة R من الدبوس بزاوية θ بالنسبة لخط إلى المركز ، ثم F_r = R ∙ cos (θ) و F_t = F ∙ الخطيئة (θ).

تخيل أن ميكانيكي يضغط على نهاية مفتاح الربط بقوة 20 نيوتن. من الموضع الذي تعمل فيه ، يجب عليها أن تطبق القوة بزاوية 120 درجة بالنسبة إلى وجع.

احسب القوة العرضية. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17.3 نيوتن.

عزم الدوران

استخدم حقيقة أنه عند تطبيق قوة على مسافة R من حيث يتم تثبيت كائن ما ، فإن عزم الدوران يساوي τ = R ∙ F_t. قد تعلم من التجربة أنه كلما ابتعدت عن الدبوس الذي تضغط عليه رافعة أو مفتاح ربط ، كلما كان من الأسهل جعله يدور. الضغط على مسافة أكبر من الدبوس يعني أنك تقوم بتطبيق عزم دوران أكبر.

تخيل أن ميكانيكيًا يضغط على نهاية مفتاح ربط يبلغ طوله 0.3 مترًا لتطبيق 9 نيوتن متر من عزم الدوران.

احسب القوة العرضية. F_t = τ / R = 9 نيوتن متر / 0.3 متر = 30 نيوتن.

حركة دائرية غير موحدة

استخدم حقيقة أن القوة الوحيدة اللازمة لإبقاء جسم ما في حركة دائرية بسرعة ثابتة هي قوة مركزية ، F_c ، والتي تشير إلى مركز الدائرة. ولكن إذا كانت سرعة الكائن تتغير ، فيجب أن يكون هناك أيضًا قوة في اتجاه الحركة ، وهو ما يماثل المسار. مثال على ذلك هو القوة الناتجة من محرك السيارة مما يؤدي إلى تسريعها عند الالتفاف حول منحنى أو قوة الاحتكاك التي تبطئها للتوقف.




تخيل أن السائق يرفع قدمه عن المسرع ويسمح لساحل السيارة الذي يبلغ طوله 2500 كيلوغرام بالتوقف عن البدء من سرعة بدء تبلغ 15 مترًا في الثانية أثناء توجيهها حول منحنى دائري يبلغ قطره 25 مترًا. تقطع السيارة 30 متراً وتستغرق 45 ثانية للتوقف.

احسب تسارع السيارة. الصيغة التي تتضمن الموضع ، x (t) ، في الوقت t كدالة للموضع الأولي ، x (0) ، السرعة الأولية ، v (0) ، والتسارع ، a ، هي x (t) - x ( 0) = v (0) + t + 1/2 ^ a ^ t ^ 2. قم بتوصيل x (t) - x (0) = 30 مترًا ، v (0) = 15 مترًا في الثانية الواحدة و t = 45 ثانية وحلها لتسارع عرضي: a_t = –0.637 مترًا في الثانية مربعة.

استخدم قانون نيوتن الثاني F = m ∙ لتجد أن الاحتكاك يجب أن يكون قد طبق قوة عرضية قدرها F_t = m ∙ a_t = 2،500 × (–0.637) = –1،593 نيوتن.