▷ Germe kuvveti nasıl hesaplanır (çözülmüş alıştırmalar)

Bu makalede fizikte çekme kuvvetinin ne olduğu ve nasıl hesaplandığı anlatılmaktadır. Bir ipin çekme kuvvetinin gerçek bir örneğini bulacaksınız ve ayrıca bu tür kuvvetlerin çözümlü egzersizleriyle antrenman yapabileceksiniz.

Gerilme kuvveti nedir?

Çekme kuvveti, bir ipin, bir kablonun veya herhangi bir elastik cismin gerilim altındayken, yani bükülemediğinde uyguladığı kuvvettir.

Örneğin bir ipin her iki ucuna da kuvvet uygulandığında ip gerginleşir ve dolayısıyla bir çekme kuvveti uygular. Bir sonraki bölümde bir ipin uyguladığı çekme kuvvetlerini detaylı olarak inceleyeceğiz.

Germe kuvveti Newton (N) cinsinden ölçülür ve normalde T harfi ile gösterilir. Ayrıca, bir kuvvet türü olduğundan, çekme kuvvetleri, yönü ipin veya kablonun uzamasına paralel olan vektörlerdir.

Gerilme kuvveti örneği

Çekme kuvvetinin tanımını göz önünde bulundurarak kavramın daha iyi anlaşılması için bir örneği detaylı olarak inceleyeceğiz.

Gerilme kuvvetinin tipik bir örneği iptir. Bir ipe herhangi bir kuvvet uygulanmadığında halat gevşek kalır ve dolayısıyla çekme kuvveti oluşmaz. Öte yandan, halatın her iki ucuna da bir kuvvet uygulandığında gergin kalır ve dolayısıyla her iki ucuna da bir çekme kuvveti uygular.

Ayrıca halatın kütlesiz ve deforme olmayan bir cisim olduğu düşünülürse halatın bir ucuna uygulanan kuvvet diğer ucuna iletilir, bunun tersi durumda da ikinci uca uygulanan kuvvet birinci uca iletilir. ipin. IP. .

Soldaki kişinin uyguladığı kuvvetin ( _TA ) ipin sağdaki kişiye uyguladığı kuvvet olduğunu gösteren aşağıdaki çizime bakın. Ve aynı şekilde sağdaki kişinin uyguladığı kuvvet (T _B ) soldaki kişiye iletilir.

Halat çekme oyunu, gerilim kuvvetlerinin bir ip aracılığıyla iletildiği günlük hayattan somut bir örnektir.

Sonuç olarak, kuvvetlerin bir vücuttan diğerine iletilmesi için halatlar, kablolar veya benzeri nesneler kullanılır.

Gerilme kuvveti nasıl hesaplanır

Gerilim kuvvetlerini hesaplama adımları şunlardır:

Ne dikey ne de yatay olan kuvvetleri vektörel olarak ayrıştırın. Bu şekilde tüm kuvvetler dikey veya yatay olacaktır.
Sistemin serbest cisim diyagramını çizin, yani sisteme etki eden tüm kuvvetlerin grafiğini çizin.
Sistemin denge denklemlerini kurun. Normalde yatay kuvvetler için bir denklem, düşey kuvvetler için ise başka bir denklem kurulmalıdır.
Denklemlerden çekme kuvvetini çözün ve değerini hesaplayın.

Özetle fizikte çekme kuvvetinin hesaplanabilmesi için denge koşullarının uygulanması gerekir . Denge denklemleri belirlenerek çekme kuvveti çözülebilir ve dolayısıyla değeri bulunabilir.

Aşağıda bunun nasıl gerçekleştiğini görmek için hesaplanan gerilim kuvvetinin adım adım bir örneği verilmiştir:

Kütlesi 65 kg olan bir cisim tavana bir iple asılmaktadır. İpin vücudu desteklemek için ne kadar çekiş gücü uygulaması gerekir? Halatın ihmal edilebilir bir kütleye sahip olduğu ve esnemediği varsayılmaktadır.

Her şeyden önce, Dünya’nın vücudu çektiği çekim kuvvetini belirlemek gerekir. Bunu yapmak için ağırlık kuvveti formülünü uyguluyoruz:

$P=m\cdot g=65\cdot 9,81=637,65 \ N$

Şimdi serbest cisim diyagramını oluşturuyoruz. Bu durumda elimizde yalnızca iki dikey kuvvet vardır: ipin gerilme kuvveti ve ağırlığın kuvveti.

Germe kuvvetinin kasıtlı olarak uygulanması

Şimdi dikey denge koşulunu ortaya koyalım. Yukarıya doğru yalnızca bir dikey kuvvet ve aşağıya doğru bir dikey kuvvet olduğundan, vücudun dengede kalabilmesi için iki kuvvetin eşit olması gerekir:

$\displaystyle\somme F_y=0$

$TP=0$

$T=P$

$T=637,65 \N$

Gerilme kuvveti ile ilgili çözülmüş alıştırmalar

1. Egzersiz

Aşağıdaki şekilde açıları gösterilen iki ip ile asılı duran, kütlesi 12 kg olan katı bir cisim verildiğinde, her bir ipin, cismi dengede tutmak için uygulaması gereken kuvveti hesaplayın.

Çözümü görün

Bu tür problemleri çözmek için yapmamız gereken ilk şey, şeklin serbest cisim diyagramını çizmektir:

dengenin ilk koşulunun kararlı bir şekilde uygulanması

Asılı cisme etki eden yalnızca üç kuvvetin olduğuna dikkat edin: P ağırlığının kuvveti ve T ₁ ve T ₂ tellerinin gerilmeleri. T _1x , T _1y , T _2x ve T _2y ile temsil edilen kuvvetler sırasıyla T ₁ ve T _2’nin vektör bileşenleridir.

Böylece iplerin eğim açılarını bildiğimiz için çekme kuvvetlerinin vektör bileşenleri için ifadeler bulabiliriz:

$T_{1x}=T_1\cdot \text{cos}(20º)$

$T_{1y}=T_1\cdot \text{sin}(20º)$

$T_{2x}=T_2\cdot \text{cos}(55º)$

$T_{2y}=T_2\cdot \text{sin}(55º)$

Öte yandan ağırlık kuvvetini yerçekimi kuvveti formülünü uygulayarak hesaplayabiliriz:

$P=m\cdot g=12\cdot 9,81 =117,72 \ N$

Problem ifadesi bize vücudun dengede olduğunu, dolayısıyla dikey kuvvetlerin toplamının ve yatay kuvvetlerin toplamının sıfıra eşit olması gerektiğini söyler. Böylece kuvvet denklemlerini oluşturabilir ve bunları sıfıra eşitleyebiliriz:

$-T_{1x}+T_{2x}=0$

$T_{1y}+T_{2y}-P=0$

Şimdi gerilimlerin bileşenlerini daha önce bulduğumuz ifadelerle değiştiriyoruz:

$-T_1\cdot\text{cos}(20º)+T_2\cdot \text{cos}(55º)=0$

$T_1\cdot \text{sin}(20º)+T_2\cdot \text{sin}(55º)-117.72=0$

Ve son olarak T ₁ ve T ₂ kuvvetlerinin değerini elde etmek için denklem sistemini çözüyoruz:

$\left.\begin{array}{l}-T_1\cdot 0,94+T_2\cdot 0,57=0\\[2ex]T_1\cdot 0,34+T_2\cdot 0,82-117 .72=0\end{array }\right\} \longrightarrow \ \begin{array}{c}T_1=69,56 \ N\\[2ex]T_2=114,74 \ N\end{array}[/ latex] <div class="wp-block-otfm-box-spoiler-end otfm-sp_end"></div> <h3 class="wp-block-heading"> Exercice 2</h3> <p> Comme le montre la figure suivante, deux objets sont reliés par une corde et une poulie de masses négligeables. Si l’objet 2 a une masse de 7 kg et que l’inclinaison de la rampe est de 50º, calculez la masse de l’objet 1 pour que l’ensemble du système soit dans des conditions d’équilibre. Dans ce cas, la force de frottement peut être négligée. </p> <div class="wp-block-image"> <figure class="aligncenter size-full is-resized"><img decoding="async" loading="lazy" src="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png" alt="problème d'équilibre translationnel" class="wp-image-295" width="299" height="240" srcset="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces-300x241.png 300w, https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png 718w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"></figure> </div> <div class="wp-block-otfm-box-spoiler-start otfm-sp__wrapper otfm-sp__box js-otfm-sp-box__closed otfm-sp__FFF8E1" role="button" tabindex="0" aria-expanded="false" data-otfm-spc="#FFF8E1" style="text-align:center"> <div class="otfm-sp__title"> <strong>voir la solution</strong></div> </div> <p> Le corps 1 est sur une pente inclinée, donc la première chose à faire est de vectoriser la force de son poids pour avoir les forces sur les axes de la pente : [latex]P_{1x}=P_1\cdot \text{sin}(\alpha)” title=”Rendered by QuickLaTeX.com” height=”340″ width=”2918″ style=”vertical-align: 0px;”></p> </p> <p class=$

$P_{1y}=P_1\cdot \text{cos}(\alpha)$

Böylece sistemin tamamına etki eden kuvvetler kümesi şu şekildedir:

Problem ifadesi bize kuvvetler sisteminin dengede olduğunu, dolayısıyla iki cismin de dengede olması gerektiğini söyler. Bu bilgiden iki cismin denge denklemlerini önerebiliriz:

$1\ \rightarrow \ \begin{cases}P_{1x}=T\\[2ex]P_{1y}=N\end{cases} \qquad\qquad 2 \ \rightarrow \ T=P_2[/latex ] Ainsi, la composante du poids de l'objet 1 incliné dans le sens de la pente doit être égale au poids de l'objet 2 : [latex]P_{1x}=P_2$