כוחות ואיזון
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| force/fɔːs/ | כוח |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | איזון |
| component/kəmˈpəʊnənt/ | מרכיב |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | חכיכה |
| normal reaction/ˈnɔːml rɪˈækʃn/ | תגובה נורמלית |
| limiting friction/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfrɪkʃn/ | חכיכה סופית |
| coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ | מקדם החיכוך |
| pulley/ˈpʊli/ | גלגלת |
| acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ | תאוצה |
| tension/ˈtenʃn/ | מתח |
מדוע גשרים לא קורסים
- כל גשר, כל מבנה, כל מדף נשארים במקום כי הכוחות הפועלים עליהם מאוזנים.
- מהנדסים מכנים זאת איזון — סכום הווקטורים של כל הכוחות הוא אפס. השתלטו על מושג זה ותוכלו לנתח כל מבנה סטטי.
חיבור כוחות
הכוח השקול = a + b
כוחות מתחברים ראש-לאחור. הם באיזון כאשר הכוח השקול הוא אפס.
כוחות ורכיבים
- כוח הוא וקטור (גודל + כיוון). פתח אותו ל-מרכיבים: אופקי $F\cos\theta$, אנכי $F\sin\theta$.
- חלקיק נמצא ב-איזון כאשר הכוחות מאוזנים — הסכום הווקטורי הוא אפס (המרכיבים מתאפסים בכל כיוון).
דוגמה מפורשת. כוח של 10 N פועל בזווית $30^{\circ}$ לאופק. המרכיב האופקי הוא $= 10\cos 30^{\circ} = 8.66$ N. המרכיב האנכי הוא $= 10\sin 30^{\circ} = 5$ N.
כוח מתפרק למרכיב F cos theta אופקי ומרכיב F sin theta אנכי
חלקיק נמצא במצב איזון כאשר הכוחות הפועלים עליו:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
איזון פירושו שהכוחות מאזנים זה את זה – סכום הווקטורים שלהם הוא אפס.
הרכיב האופקי של כוח F בזווית θ לאופק הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
רכיב אופקי = F cos θ; רכיב אנכי = F sin θ.
חיכוך
- הכוח במגע מכיל את תגובה הנורמלית $R$ (ניצבת) ואת החיכוך $F$ (בנוסף לפני השטח, נגד החלקה).
- החיכוך עולה רק עד סף מסוים (חיכוך גבולי):
- כאשר ה-$\mu$ הוא מקדם החיכוך.
החיכוך התנגד לתנועה (או למגמת תנועה). אם בלוק עומד להחליק כלפי מטה על משולש, החיכוך פועל כלפי מעלה לאורך המשולש. הכיוון תמיד הפוך לתנועה (המיועדת) עצמה.
כוח המגע: תגובה נורמלית R כלפי מעלה וחיכוך F בנו addition לפני השטח, כאשר F מקסימום mu R
מקדם החיכוך הוא 0.4 והכוח הנורמלי הוא 100 N. מהו כוח החיכוך המקסימלי (הגבולי), ב-N?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
חיכוך מקסימלי = μR = 0.4 × 100 = 40 N.
חיכוך תמיד פועל בכיוון התנועה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חיכוך מתנגד לתנועה (או למגמת התנועה). הוא פועל בכיוון ההפוך לתנועה (הניסיונית).
דוגמה מפורשת – איזון על משולש
- בלוק בעל מסה 5 kg רגוע על משול מחוספסת בזווית $20^{\circ}$ לאופק. מצאו את כוח החיכוך.
- פירוק במקביל למשולש: $F = mg\sin 20^{\circ} = 5 \times 10 \times 0.342 = 17.1$ N.
- פירוק בניצבות למשולש: $R = mg\cos 20^{\circ} = 5 \times 10 \times 0.940 = 47.0$ N.
במשולש, פתחו את המשקל למרכיבים מקבילים (mg sin θ) וניצבים (mg cos θ) לפני השטח.
בלוק בעל מסת 5 ק"ג על מדרון בزاوية 30°. הרכיב של משקל במקביל למדרון הוא mg sin 30°. מצאו אותו (g = 10).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
5 × 10 × sin 30° = 50 × 0.5 = 25 N.
בלוק במסה 5 ק"ג על שיפוע בزاوية 30°. הכוח התגובה הרגיל הוא mg cos 30°. מצא אותו (g = 10, 1 ספרות אחרי הנקודה).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
5 × 10 × cos 30° = 50 × 0.866 = 43.3 N.
חלקיקים קשורים
- כאשר שני חלקיקים מחוברים באמצעות חוט קל על גלגלת חלקה, יש להם את אותה תאוצה ואת אותה מתיחה.
- כתוב $F = ma$ עבור כל חלקיק, ולאחר מכן פתור את שתי המשוואות בו-זמנית.
כוחות על בלוק במשטח מחוספס: משקל, תגובה נורמלית, מתח ומחיקה
- החיכוך מגיע למקומו באיזון גבולי, כאשר הגוף עומד להחליק.
הבנתך מושלמת
- כוח מתפרק ל**$F\cos\theta$** (אופקי) ו-$F\sin\theta$ (אנכי).
- איזון = הכוחות מאוזנים (סכום וקטורי אפס).
- חיכוך $F \leq \mu R$, מגיע ל**$\mu R$** כאשר הגוף עומד להחליק.