如何计算物理抗张强度：8个步骤（附图） - 提示

内容

脚步

在物理学中，弦线张力是由弦线，电缆或类似物体施加到一个或多个其他物体上的力。任何拉扯，悬挂，加电或摇摆在弦上的东西都会产生拉力。像其他力一样，张力会改变物体的速度或使其变形。弦线张力的计算不仅是物理专业的学生的一项重要技能，对于工程师和建筑师来说也是如此，因为工程师和建筑师必须计算出所用弦线是否可以承受弦线的张力。松开支撑杆之前，请先撞击物体。阅读步骤1，了解如何在多体系统中计算张力。

脚步

方法2之1：确定单根钢丝的张力

确定弦线两端的张力。 弦上的拉力是两端都受到拉力的结果。重复公式“力=质量×加速度。假设弦线拉得很紧，则物体重量或加速度的任何变化都会改变其张力。不要忘记由力引起的加速因素-即使系统处于静止状态，系统中的所有部件仍将受到该力的影响。我们具有张力T的公式：T =（m×g）+（m×a），其中“ g”是由于物体在系统中的重力引起的加速度，而“ a”是物体的比加速度。
- 在物理学中，为了解决问题，我们经常假设弦线处于“理想条件”下-也就是说，所使用的弦线非常坚固，没有质量或可忽略的质量，并且不会弹性或断裂。
- 例如，考虑一个如图所示的由绳索上悬挂的重物组成的物体系统。由于两个对象都处于静止状态，因此它们不会移动。位置，我们知道在平衡重的情况下，作用在绳索上的绳索的张力必须等于重力。换句话说，力（F_Ť）=重力（F_G）= m×g。
  - 假设重量为10 k，则拉力为10 kg×9.8 m / s = 98牛顿。
现在让我们添加加速度。 尽管该力不是影响张紧力的唯一因素，但是与弦保持的物体的加速度相关的所有其他力具有相同的能力。例如，如果施加改变悬吊物体运动的力，则该物体的加速力（质量×加速度）将加到张力值上。
- 在我们的示例中：让绳索悬挂10公斤重，但现在不再以先前固定在木梁上的方式，而是以1 m / s的速度垂直拉动绳索。在这种情况下，我们必须包括重量的加速度以及重力。计算如下：
  - F_Ť = F_G + m×a
  - F_Ť = 98 + 10公斤×1 m / s
  - F_Ť = 108牛顿。
计算旋转加速度。 旋转的物体通过一根绳子（如钟摆）在固定的中心旋转，从而基于径向力产生张力。径向力在张力中也起着附加作用，因为它也会向内“拉动”物体，但此处不是沿笔直方向拉动，而是沿弧线拉动。物体旋转得越快，径向力就越大。径向力（F_C）是使用公式m×v / r计算的，其中“ m”是质量，“ v”是速度，“ r”是包含对象圆弧的圆的半径。
- 由于径向力的方向和大小随对象的移动而变化，因此总拉力也随之变化，因为该力沿平行于琴弦的方向向中心拉动对象。另外，请记住，重力始终在正确的线性方向上起作用。简而言之，如果物体沿直线方向摆动，则弦的张力将在圆弧的最低点处最大化（对于摆锤，我们称其为平衡位置），因为我们知道物体将在那里最快移动，边缘最亮。
- 仍以重物和绳索为例，但我们没有像拉一样将重物像钟摆一样摆动。假设绳子长1.5米，平衡时重物以2 m / s的速度运动。在这种情况下，要计算张力，我们需要计算由于重力引起的张力，就好像它没有以98牛顿的速度运动一样，然后按以下方法计算附加径向力：
  - F_C = m×v / r
  - F_C = 10 × 2/1.5
  - F_C = 10×2.67 = 26.7牛顿
  - 因此总张力为98 + 26.7 = 124.7牛顿。
可以理解，在运动弧线上的物体的不同位置，琴弦中的张力会有所不同。 如上所述，物体的径向力的方向和大小都随着物体的移动而改变。但是，即使重力保持不变，由重力产生的张力仍将照常变化！当物体处于平衡状态时，重力将是垂直的，而拉力也将是垂直的，但是当物体处于不同位置时，这两个力将一起形成一定的角度。因此，张力会“抵消”部分重力，而不是完全融合。
- 将引力分为两个向量将帮助您更好地了解此定义。在对象垂直运动的弧线上的任何点，弦线都与从对象的中心到平衡位置的路径形成一个角度“θ”。移动时，重力（m×g）将被分为两个向量-向着平衡位置移动的弧渐近的mgsin（θ）。 mgcos（θ）平行于相反方向的张力。因此，我们看到张力仅应抵抗mgcos（θ）－它的反作用力—而不是全部重力（除非物体处于平衡位置，否则力的方向和方向相同）。
- 现在以15度的垂直角度通过振动筛，以1.5 m / s的速度移动。因此，我们计算张力如下：
  - 重力产生的拉伸力（T_G）= 98cos（15）= 98（0.96）= 94.08牛顿
  - 径向力（F_C）= 10×1.5 / 1.5 = 10×1.5 = 15牛顿
  - 总力= T_G + F_C = 94.08 + 15 = 109.08牛顿。
计算摩擦力。 任何被拉动的物体都会通过与另一物体（或液体）的表面摩擦而产生“拖拉”力，并且该力会稍微改变张力。在这种情况下，两个物体的摩擦力也将按照我们通常的方法计算：闭合力（通常表示为F_[R）=（μ）N，其中mu是摩擦系数，其中N是两个物体施加的力，或一个物体在另一物体上施加的压缩力。请注意，静摩擦不同于动摩擦-静摩擦是导致对象从静止运动到运动的结果，而动态摩擦是通过维持对象继续其运动而产生的。
- 假设我们有一个10公斤的重量，但是现在它被水平拖到地板上。假设地板的动摩擦系数为0.5，初始重量为恒定速度，但现在我们以1 m / s的加速度对其进行添加。这个新问题有两个重要变化-首先，我们不再计算由于重力引起的张力，因为现在张力和重力不会互相抵消。其次，我们必须增加摩擦力和加速度。计算结果如下：
  - 法向力（N）= 10千克×9.8（重力加速度）= 98 N
  - 动摩擦力（F_[R）= 0.5×98 N = 49牛顿
  - 加速力（F_一种）= 10公斤×1 m / s = 10牛顿
  - 总拉力= F_[R + F_一种 = 49 + 10 = 59牛顿。
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方法2之2：确定多弦系统的拉力

使用滑轮以平行方向拉包装。 滑轮是一种简单的机械，由改变力方向的圆盘组成。在简单的滑轮系统中，绳索或电缆向上运行到滑轮上，然后再次下降，形成两线系统。但是，无论您拖拽重物的力度有多大，两条“弦”的张力都是相等的。在2个这样的重物和2个这样的弦的系统中，拉力等于2g（m₁）（米₂）/（米₂+米₁），其中“ g”是重力加速度，“ m₁“是物体1的质量，” m₂“是物体的质量2。
- 请注意，通常在物理学中，我们将使用“理想皮带轮”-没有质量或可忽略的质量，没有摩擦，皮带轮不会失效或从机器上掉落。这样的假设将更容易计算。
- 例如，我们有2个配重块垂直悬挂在2个滑轮上。重量1重10公斤，水果2重5公斤。拉力计算如下：
  - T = 2克（米₁）（米₂）/（米₂+米₁)
  - T = 2（9.8）（10）（5）/（5 + 10）
  - T = 19.6（50）/（15）
  - T = 980/15
  - T = 65.33牛顿。
- 注意，因为有一个砝码和一个灯，所以系统将移动，砝码将向下移动，而重量较轻。
使用滑轮以非平行的方向拉包裹，通常使用滑轮来调整物体上下移动的方向。 但是，如果一个重物正确地悬挂在绳索的一端，而另一重物在倾斜的平面上，则现在其中一个将具有一个由滑轮和两个重物组成的非平行滑轮系统。现在，拉伸力将因重力和在倾斜平面上的阻力而产生附加影响。
- 垂直重量为10千克（m₁）和重量为5 kg（m₂），则倾斜平面以60度角创建到地面（假定该平面的摩擦力可以忽略不计）。要计算拉力，首先要找到配重运动力的计算：
  - 直挂重物较重，并且由于未考虑摩擦，因此系统将沿重物方向向下移动。现在，弦的张力会将其拉起，因此运动力必须减去张力：F = m₁（g）-T，或10（9.8）-T = 98-T。
  - 我们知道，斜面上的重物将被拉起。由于消除了摩擦，张力使重物向上拉，而只有重物的重量将其拉下。拉低我们设置的权重的分量是sin（θ）。因此，在这种情况下，我们将重量的拉力计算为：F = T-m₂（g）sin（60）= T-5（9.8）（.87）= T-42.63。
  - 两个物体的加速度相等，我们有（98-T）/ m₁ = T-42.63 /米₂。从那里开始计算 T = 79.54牛顿.
多根电线挂在同一物体上的地方。 最后，考虑一个“ Y”形的物体系统-绑在天花板上的两根绳子的另一端绑在一起，并用第三根钢丝绑在一起，第三根绳子的一端悬挂着重物。第三根弦的张力已经摆在我们面前-只是重力，T = mg。弦线1和2的拉力不同，假定主体处于静止状态，弦线1和2的总张力必须等于垂直方向的重力，水平方向的重力必须为零。每根绳子的张力受重量和每根绳索与天花板之间形成的角度的影响。
- 假设我们的Y形系统悬挂在其中，重10公斤，则两条线与天花板的夹角分别为30度和60度。如果要计算每根金属丝的张力，则必须考虑每个组件的水平和垂直张力。此外，这两个字符串彼此垂直，因此可以通过在三角形中应用量子系统来简化计算：
  - 比率T₁ 或T₂ T = m（g）等于与天花板相对应的电线所产生的角度的正弦值。我们得到T₁，sin（30）= 0.5和T₂，sin（60）= 0.87
  - 将第三根钢丝的张力（T = mg）乘以每个角度的正弦值即可得出T₁ 和T₂.
  - Ť₁ = 0.5×米（g）= 0.5×10（9.8）= 49牛顿。
  - Ť₂ = 0.87×m（克）= 0.87×10（9.8）= 85.26牛顿。
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