Główna zawartość
Fizyka
Kurs: Fizyka > Rozdział 3
Lekcja 6: Naprężenia- Siła naprężenia
- Naprężenie - przykład prosty i przykład średnio zaawansowany
- Naprężenie - przykład zaawansowany
- Co to jest naprężenie?
- Naprężenie - przypomnienie podstaw
- Naprężenie - przypomnienie podstaw (część 2)
- Naprężenie w układzie przyspieszającym
© 2023 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie
Co to jest naprężenie?
Naprężona lina ciągnie do góry zawieszony na niej ciężar. Dowiedz się, jak analizować ten i podobne problemy. Tłumaczenie na język polski: Centrum Fizyki Teoretycznej PAN.
Czym jest naprężenie?
Wszystkie ciała fizyczne, jeśli znajdują się w bezpośrednim kontakcie, w jakiś sposób ze sobą oddziałują. W zależności od typu tych oddziaływań, nadajemy im różne nazwy. W przypadku, kiedy jakiś podłużny obiekt (lina, łańcuch, kabel itd.) dźwiga pewien ciężar, mówimy o sile naprężenia.
Liny i kable są bardzo wygodne, gdyż pozwalają przenosić siły na duże odległości. Rozważmy np. psi zaprzęg - gdyby chcieć go skonstruować bez użycia lin, psy musiałyby po prostu pchać sanie, napierając na nie od tyłu. Można by zaangażować tylko kilka psów, które i tak, ściśnięte w małej przestrzeni, nie byłyby w stanie rozwinąć dużej prędkości. Założenie psom uprzęży, które są przywiązane linami do sani, pozwala każdemu psu biec swobodnie, dzięki czemu efektywniej wykorzystujemy ich potencjał.
Należy tutaj podkreślić, iż liny umożliwiają jedynie ciągnięcie czegoś - nie da się pchnąć jakiegoś obiekty za pomocą liny. Jeśli spróbujemy to robić, lina od razu zwiotczeje. Wydaje się to całkiem oczywiste - zdziwiłbyś się jednak, jak wiele ludzi popełnia błędy, rozrysowując kierunki działania sił w układach, w których występują liny. Pamiętaj - obiekty typu lina, łańcuch czy kabel są w stanie przenosić jedynie naprężenia rozciągające.
Jak policzyć siłę naprężenia?
Nie ma żadnego specjalnego wzoru na siłę naprężenia. Podobnie jak w przypadku siły reakcji podłoża, wystarczy posłużyć się drugą zasada dynamiki Newtona (oczywiście pod warunkiem, że znamy wartości pozostałych sił oraz przyspieszenie obiektu):
- Rozrysuj siły działające na analizowane ciało.
- Zapisz równanie wyrażające drugą zasadę dynamiki Newtona
dla kierunku, w którym działa naprężenie (jest to kierunek, wzdłuż którego ułożona jest lina). - Przekształć równanie
, aby wyznaczyć wartość naprężenia.
W poniższych przykładach pokażemy dokładnie, jak stosować ten schemat.
Jak rozwiązywać zadania o naprężeniach?
Przykład 1: Lina ciągnąca pudełko pod kątem
Pudło o masie , pełnie ogórków kiszonych, ciągnięte jest bez tarcia po stole przez linę nachyloną do poziomu pod kątem , jak na rysunku poniżej. Naprężenie liny sprawia, że pudło porusza się po powierzchni stolika z przyspieszeniem .
Jakie naprężenie przenosi lina?
Na początku rozrysujmy siły działające na pudło.
Teraz zastosujmy drugą zasadę dynamiki Newtona. Pojawia się pytanie, który kierunek analizować - wszak siła naprężenia działa zarówno w pionie, jak w poziomie. Zauważmy jednak iż dla sił pionowych mamy więcej niewiadomych (nie znamy siły reakcji podłoża), dlatego lepiej jest wypisać równania na ruch poziomy (ostatecznie i tak wyliczymy całkowitą wartość naprężenie, a nie tylko jedną ze składowych)
Przykład 2: Pudełko zawieszone na dwóch linach
Ważące pudełko ze zwierzęcą karmą zostało przymocowane dwiema linami do sufitu i ściany (jak na rysunku). Skośna lina, przenosząca naprężenie jest nachylona pod kątem do poziomu.
Ile wynoszą wartość naprężeń i obydwu lin?
Na początku rozrysujmy siły działające na pudełko.
Teraz zastosujmy drugą zasadę dynamiki Newtona. Znów pojawia się pytanie, który kierunek należy rozważyć. Zauważmy, że znamy wartość siły grawitacji, a więc dla kierunku pionowego mamy tylko jedną niewiadomą - warto jest zatem zacząć od drugiej zasady dynamiki Newtona dla kierunku pionowego.
Teraz, kiedy znamy wartość naprężenia , możemy napisać równania Newtona dla ruchu poziomego i wyznaczyć (w tym momencie mamy już tylko jedną niewiadomą, więc pójdzie bez problemów).
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji