Сила натяжения нити и применение формулы в бытовых ситуациях. Определение сила натяжения Определить силу натяжения веревки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила натяжения нити равна сумме сил, действующих на нить, и противоположна им по направлению.

Здесь – сила натяжения нити, – векторная сумма сил, действующих на нить.

Единица измерения силы – Н (ньютон).

Эта формула – следствие третьего закона Ньютона применительно к нити. Если на нити подвешен какой-то груз, который находится в покое, то сила натяжения нити по модулю равна весу этого груза. Обычно в задачах участвует невесомая нерастяжимая нить, которая просто проводит через себя силу, однако встречаются задачи, где нить под воздействием силы растягивается. При этом она ведёт себя как пружина, подчиняясь закону Гука:

Где – жёсткость нити, - удлинение нити.

Примеры решения задач по теме «Сила натяжения нити»

ru.solverbook.com

Вес тела. Сила реакции опоры. Сила натяжения нити | LAMPA

Многие из вас пользуются или пользовались обычной проводной компьютерной мышкой. Если такая проводная мышка рядом с вами, то посмотрите на нее (а если ее нет рядом - то представьте). Мы знаем, что, как и на все тела на Земле, на нее действует сила тяжести Fтяготения=m⋅gF_{тяготения}=m\cdot gFтяготения=m⋅g.

Почему же она не падает вниз, а находится в состоянии покоя? Мы помним из 1-го закона Ньютона, что в инерциальных системах тело может находиться в состоянии покоя, если на него не действуют никакие силы (не наш случай) или действие всех сил скомпенсировано. Значит, что-то компенсирует действие силы тяжести. Но что? Мы забыли, что мышка лежит на столе. Мышка, на которую действует сила тяжести m⋅g⃗m\cdot\vec{g}m⋅g⃗, в свою очередь давит на стол с силой, которую называют вес тела. Обычно вес тела обозначается P⃗\vec{P}P⃗. Но из 3-го закона Ньютона мы знаем: с какой силой мышка давит на стол (мышка→\rightarrow→стол), с точно такой же по величине силой стол давит на мышку (стол→\rightarrow→мышка). Сила, с которой стол давит на мышку, называется силой реакции опоры. Чаще всего она обозначается N⃗\vec{N}N⃗. Из 3-го закона Ньютона следует, что N⃗=−P⃗.\vec{N}=-\vec{P}{.}N⃗=−P⃗.

Заметьте, что сил три:

на тело действует сила тяжести m⋅g⃗m\cdot\vec{g}m⋅g⃗
из-за действия силы тяжести на мышку мышка давит на стол с силой P⃗\vec{P}P⃗ (вес тела)
и уже стол "отвечает" мышке на ее давление силой реакции опоры N⃗\vec{N}N⃗.

Важно помнить, что хотя силы N⃗\vec{N}N⃗ и P⃗\vec{P}P⃗ связаны друг с другом и равны по модулю, но приложены они к разным телам. Еще раз:

вес тела P⃗\vec{P}P⃗ приложен к опоре (столу) со стороны мышки
сила реакции опоры N⃗\vec{N}N⃗ приложена к мышке со стороны стола как "ответ" стола на действие мышки.

Давайте посмотрим, насколько хорошо вы усвоили разницу между весом P⃗\vec{P}P⃗ и силой реакции опоры N⃗\vec{N}N⃗. Попробуйте решить классическую задачу.

Lampa.io

Формулы нахождения силы натяжения нити и всё, что с этим связано

Силой натяжения называют ту, что действует на объект, сравнимый с проволокой, шнуром, кабелем, ниткой и так далее. Это могут быть несколько объектов сразу, в таком случае сила натяжения будет действовать на них и необязательно равномерно. Объектом натяжения называют любой предмет, подвешенный на все вышеперечисленное. Но кому это нужно знать? Несмотря на специфичность информации, она может пригодиться даже в бытовых ситуациях.

Например, при ремонте дома или квартиры. Ну и, конечно же, всем людям, чья профессия связана с расчетами:

инженерам;
архитекторам;
проектировщикам и пр.

Натяжения нити и подобных объектов

А зачем им это знать и какая от этого практическая польза? В случае с инженерами и конструкторами знания о мощи натяжения позволят создавать устойчивые конструкции. Это означает, что сооружения, техника и прочие конструкции смогут дольше сохранять свою целостность и прочность. Условно, эти расчеты и знания можно разделить на 5 основных пунктов, чтобы в полной мере понять, о чем идет речь.

1 Этап

Задача: определить силу натяжения на каждом из концов нити. Эту ситуацию можно рассматривать как результат воздействия сил на каждый конец нити. Она равняется массе, помноженной на ускорение свободного падения. Предположим, что нить натянута туго. Тогда любые воздействия на объект приведет к изменению натяжения (в самой нити). Но даже при отсутствии активных действий, по умолчанию будет действовать сила притяжения. Итак, подставим формулу: Т=м*g+м*а, где g – ускорение падения (в данном случае подвешенного объекта), а – любое иное ускорение, действующее извне.

Есть множество сторонних факторов, влияющих на расчеты – вес нити, ее кривизна и так далее. Для простых расчетов это мы не будем пока что учитывать. Иными словами – пусть нить будет идеальна с математической точки зрения и «без изъянов».

Возьмем «живой» пример. На балке подвешена прочная нить с грузом в 2 кг. При этом отсутствует ветер, покачивания и прочие факторы, так или иначе влияющие на наши расчеты. Тогда мощь натяжения равна силе тяжести. В формуле это можно выразить так: Fн=Fт=м*g, в нашем случае это 9,8*2=19,6 ньютона.

2 Этап

Заключается он в вопросе об ускорении. К уже имеющейся ситуации давайте добавим условие. Суть его в том, чтобы на нить действовало еще и ускорение. Возьмем пример попроще. Представим, что нашу балку теперь поднимают вверх со скоростью 3 м/с. Тогда, к натяжению прибавится ускорение груза и формула примет следующий вид: Fн=Fт+уск*м. Ориентируясь на прошлые расчеты получаем: Fн=19,6+3*2=25,6 ньютона.

3 Этап

Тут уже посложнее, так как речь идет об угловом вращении. Следует понимать, что при вращении объекта вертикально, сила, воздействующая на нить, будет намного больше в нижней точке. Но давайте возьмем пример с несколько меньшей амплитудой качания (по типу маятника). В этом случае для расчетов нужна формула: Fц=м* v²/r. Тут искомое значение обозначает дополнительную мощь натяжения, v – скорость вращения подвешенного груза, а r – радиус окружности, по которому вращается груз. Последнее значение фактически равняется длине нити, пускай она составляет 1,7 метра.

Итак, подставляя значения, находим центробежные данные: Fц=2*9/1,7=10,59 ньютона. А теперь, чтобы узнать полную силу натяжения нити, надо к имеющимся данным о состоянии покоя прибавить центробежную силу: 19,6+10,59=30,19 ньютона.

4 Этап

Следует учитывать меняющуюся силу натяжения по мере прохождения груза через дугу. Иными словами – независимо от постоянной величины притяжения, центробежная (результирующая) сила меняется по мере того, как качается подвешенный груз.

Чтобы лучше понять этот аспект, достаточно представить себе привязанный груз к веревке, которую можно свободно вращать вокруг балки, к которой она закреплена (как качели). Если веревку раскачать достаточно сильно, то в момент нахождения в верхнем положении сила притяжения будет действовать в «обратную» сторону относительно силы натяжения веревки. Иными словами – груз станет «легче», из-за чего ослабнет и натяжение на веревку.

Предположим, что маятник отклоняется на угол, равный двадцати градусам от вертикали и движется со скоростью 1,7 м/с. Сила притяжения (Fп) при этих параметрах будет равна 19,6*cos(20)=19,6*0,94=18,424 Н; центробежная сила (F ц=mv²/r)=2*1,7²/1,7=3,4 Н; ну а полное натяжение (Fпн) будет равняться Fп+ Fц=3,4+18,424=21,824 Н.

5 Этап

Его суть заключается в силе трения между грузом и другим объектом, что в совокупности косвенно влияет на натяжение веревки. Иначе говоря – сила трения способствует увеличению силы натяжения. Это хорошо видно на примере перемещения объектов по шершавой и гладкой поверхностях. В первом случае трение будет большим, поэтому и сдвигать предмет становится тяжелее.

Общее натяжение в данном случае вычисляется по формуле: Fн=Fтр+Fу, где Fтр – трение, а Fу – ускорение. Fтр=мкР, где мк – трение между объектами, а Р – сила взаимодействия между ними.

Чтобы лучше понять данный аспект, рассмотрим задачу. Допустим, у нас груз 2 кг и коэффициент трения равен 0,7 с ускорением движения 4м/с постоянной скорости. Теперь задействуем все формулы и получаем:

Сила взаимодействия - Р=2*9,8=19,6 ньютона.
Трение - Fтр=0,7*19,6=13,72 Н.
Ускорение - Fу=2*4=8 Н.
Общая сила натяжения - Fн=Fтр+Fу=13,72+8=21,72 ньютона.

Теперь вы знаете больше и можете сами находить и рассчитывать нужные значения. Конечно, для более точных расчетов нужно учитывать больше факторов, но для сдачи курсовой и реферата этих данных вполне достаточно.

Видео

Это видео поможет вам лучше разобраться в данной теме и запомнить ее.

liveposts.ru

Расчет натяжения троса и реакции опоры

Задача

Однородная балка AB весом P закреплена в точке A шарнирно-неподвижной опорой; трос BC, удерживающий балку, составляет с ней угол α. Определить натяжение троса и реакцию опоры A (рисунок 2.2, а).

Решение

Силы, действующие на балку, приложены к разным ее точкам, поэтому в данной задаче нужно рассмотреть равновесие балки. Балка однородная, поэтому сила P (вес балки) приложена к ее середине (рисунок 2.2, б).

Реакция троса – сила T – направлена вдоль троса. Направление реакции опоры A можно определить, воспользовавшись теоремой о трех силах. По этой теореме линии действия трех непараллельных сил P, T и RA должны пересекаться в одной точке. То есть угол β должен быть равен углу α.

Рисунок 2.2

Так как система находится в равновесии, то

P + T + RA=0. (2.7)

Строим это геометрическое равенство (рисунок 2.3), начиная с известной силы P; под углом α к горизонтали через конец векторa P проводим линию MN, вдоль которой направлена сила T. Так как сумма всех сил должна быть равна нулю, то вектор RA должен заканчиваться в начале вектора P под углом β к горизонту (линия KL).

Рисунок 2.3

Точка пересечения линий MN и KL – это конец вектора T и начало вектора RA. Далее можно определить величины T и RA, умножив длины отрезков на выбранный масштаб или воспользовавшись теоремой синусов:

Аналитическое решение предполагает составление двух уравнений. Проецируем векторное равенство (2.7) на выбранные оси координат (рисунок 2.2,б) и получаем два уравнения равновесия с двумя неизвестными:

∑xi=0, -Tcosα+RAcosβ=0;∑yi=0, -P+Tsinα+RAsinβ. (2.10)

Из этих уравнений определяются величины T и RA:

Другие примеры решения задач >>

isopromat.ru

Силы упругости: пружины, канаты и нити

В задачах в этой статьи рассмотрены случаи, когда тело поднимают или опускают с ускорением. При этом натяжение нити, на которой подвешен груз, разное. Даны примеры составления уравнений по второму закону Ньютона в проекциях на оси.

Задача 1. Грузовик взял на буксир легковой автомобиль массой т и, двигаясь равноускоренно, за с проехал м. На сколько при этом удлиняется трос, соединяющий автомобили, если его жесткость Н/м? Трение не учитывать.

Удлинение троса можно найти, зная силу упругости:

Так как трение учитывать не нужно, то по второму закону Ньютона

Следовательно,

Определим ускорение грузовика:

Окончательно для удлинения троса получаем:

Ответ получен в метрах, можно записать его в мм: 0,64 мм.

Задача 2. На нити, выдерживающей натяжение Н, поднимают груз массой кг из состояния покоя вертикально вверх. Считая движение равноускоренным, найти предельную высоту , на которую можно поднять груз за с так, чтобы нить не оборвалась.

Запишем второй закон Ньютона в проекция на вертикальную ось:

Тогда ускорение равно:

Высота, на которую тело можно поднять с таким ускорением, равна

Ответ: 5 м

Задача 3. Веревка выдерживает груз массой кг при вертикальном подъеме его с некоторым ускорением и груз массой кг при опускании его с таким же по модулю ускорением. Какова максимальная масса груза , который можно поднимать или опускать на этой веревке с постоянной скоростью?

Запишем уравнения по второму закону как для подъема, так и для спуска тела. Направим ось вверх, тогда при подъеме:

При спуске:

Ускорение по условию одно и то же, тогда:

Приравняв, можем найти силу натяжения веревки, которую она выдерживает:

Если бы груз массой просто висел на такой веревке, то мы бы записали

Следовательно,

Ответ: 190 кг

Задача 4. Груз массой кг подвешен к пружине жесткостью Н/м. Длина пружины в нерастянутом состоянии м. Найти длину пружины , когда на ней висит груз. Какой будет длина пружины, если пружина с грузом будет находиться в лифте, движущемся с ускорением м/с, направленным а) вверх; б) вниз?

Если груз повешен на пружину, ее длина увеличивается:

При движении лифта вверх запишем второй закон (ось направлена вверх):

При движении лифта вниз запишем второй закон (ось направлена вверх):

Тогда длина пружины в этом случае:

Ответ: , , .

Задача 5. Четырьмя натянутыми нитями груз закреплен на тележке. Силы натяжения горизонтальных нитей соответственно и , а вертикальных – и . С каким ускорением движется тележка по горизонтальной плоскости?

Запишем уравнения по второму закону в проекциях на оси, которые расположим традиционно: ось вправо, ось – вверх. Тогда, если тележка движется вправо, по оси, имеем:

Из второго уравнения найдем массу груза:

Если же тележка движется влево (против оси), то изменится только первое уравнение:

Тогда ускорение тележки (и груза) равно:

easy-physic.ru

Расчет натяжения каната.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Исходные данные

Рис 1. Расчетная схема механизма.

1-Грузоподьемность Q=2 тонны

2-Высота подъема груза H=3,5 м

3-Скорость подъема Vп=18 м/мин

4-Кратность полиспаты =1

5-Количество ветвей набегающих на барабан а=1

6-Режим работы- средний

Выбор типа подъемного органа.

В качестве подъемного органа выбираем стальной проволочный канат двойной свивки.

Рис.2 Поперечное сечение каната.

Расчет натяжения каната.

Максимальное натяжение на ветке каната.

Fmax=Qg=2000*9.81=19620 H

Расчетное разрывное усилие каната.

Fрасч=k* Fmax=19620*5=98100 H

k-для среднего режима работы коэффициент запаса равен 5.

По ГОСТ 2688-80 выбираем канат двойной свивки по Fрасч.

Канат 14-Г-I-1578 где,

· Первая цифра 14- диаметр каната, мм.

· Вторая Г- канат грузовой.

· Третья I- марка проволоки.

· Четвертая 1578- максимальное разрывное усилие, Н

Конструкция каната

Канат ЛК-Р-6х19(1+6+6/6)+1.о.с ГОСТ 2588-80 ,где

ЛК-Р- с линейным касанием проволок разных диаметров в верхнем слое пряди.

· 6х19- канат шестипрядный по 19 проволок в пряди.

· (1+6+6/6)- навивка проволок по слоям.

· 1.о.с.- органический сердечник.

Расчет барабана.

Рис.3 Профиль канавок на барабане

mykonspekts.ru

Работа равнодействующей силы, тяжести, трения, упругости. Мощность, коэффициент полезного действия. Примеры, формулы

Тестирование онлайн

Работа

Работа - это скалярная величина, которая определяется по формуле

Работу выполняет не тело, а сила! Под действием этой силы тело совершает перемещение.

Обратите внимание, что у работы и энергии одинаковые единицы измерения. Это означает, что работа может переходить в энергию. Например, для того, чтобы тело поднять на некоторую высоту, тогда оно будет обладать потенциальной энергией, необходима сила, которая совершит эту работу. Работа силы по поднятию перейдет в потенциальную энергию.

Правило определения работы по графику зависимости F(r): работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от перемещения.

Угол между вектором силы и перемещением

1) Верно определяем направление силы, которая выполняет работу; 2) Изображаем вектор перемещения; 3) Переносим вектора в одну точку, получаем искомый угол.

На рисунке на тело действуют сила тяжести (mg), реакция опоры (N), сила трения (Fтр) и сила натяжения веревки F, под воздействием которой тело совершает перемещение r.

Для нахождения работы, совершенной силой упругости, необходимо учесть, что эта сила изменяется, так как зависит от удлинения пружины. Из закона Гука следует, что при увеличении абсолютного удлинения, сила увеличивается.

Для расчета работы силы упругости при переходе пружины (тела) из недеформированного состояния в деформированное используют формулу

Мощность

Скалярная величина, которая характеризует быстроту выполнения работы (можно провести аналогию с ускорением, которое характеризует быстроту изменения скорости). Определяется по формуле

Коэффициент полезного действия

КПД - это отношение полезной работы, совершенной машиной, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за то же время

Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Чем ближе это число к 100%, тем выше производительность машины. Не может быть КПД больше 100, так как невозможно выполнить больше работы, затратив меньше энергии.

КПД наклонной плоскости - это отношение работы силы тяжести, к затраченной работе по перемещению вдоль наклонной плоскости.

Главное запомнить

1) Формулы и единицы измерения;2) Работу выполняет сила; 3) Уметь определять угол между векторами силы и перемещения

Если работа силы при перемещении тела по замкнутому пути равна нулю, то такие силы называют консервативными или потенциальными. Работа силы трения при перемещении тела по замкнутому пути никогда не равна нулю. Сила трения в отличие от силы тяжести или силы упругости является неконсервативной или непотенциальной.

Есть условия, при которых нельзя использовать формулу Если сила является переменной, если траектория движения является кривой линией. В этом случае путь разбивается на малые участки, для которых эти условия выполняются, и подсчитать элементарные работы на каждом из этих участков. Полная работа в этом случае равна алгебраической сумме элементарных работ:

Значение работы некоторой силы зависит от выбора системы отсчета.

1. Гиря массой 5 кг подвешена к потолку на двух одинаковых веревках, прикрепленных к потолку в двух разных точках. Нити образуют угол a = 60° друг с другом (см. рис.). Найдите силу натяжения каждой нити.

2. (д) Ёлочный шарик подвешен к горизонтально расположенной ветке на двух одинаковых нитках, прикрепленных к ветке в двух разных точках. Нити образуют угол a = 90° друг с другом. Найдите массу шарика, если сила натяжения каждой нитки равна 0,1 Н.

3. Большая железная труба подвешена за концы к крюку крана на двух одинаковых тросах, образующих угол 120° друг с другом (см. рис.). Сила натяжения каждого троса 800 Н. Найдите массу трубы.

4. (д) Бетонную балку массой 400 кг, подвешенную за концы к крюку на двух тросах, башенный кран поднимает вверх с ускорением 3 м/с 2 , направленным вверх. Угол между тросами составляет 120°. Найдите силу натяжения тросов.

5. К потолку на нити подвешен груз массой 2 кг, к которому, на другой нити, подвешен груз массой 1 кг (см. рис.). Найдите силу натяжения каждой из нитей.

6. (д) К потолку на нити подвешен груз массой 500 г, к которому, на другой нити, подвешен еще один груз. Сила натяжения нижней нити равна 3 Н. Найдите массу нижнего груза и силу натяжения верхней нити.

7. Груз массой 2,5 кг поднимают на нити с ускорением 1 м/с 2 , направленным вверх. К этому грузу, на другой нити, подвешен второй груз. Сила натяжения верхней нити (т.е. за которую тянут вверх) составляет 40 Н. Найдите массу второго груза и силу натяжения нижней нити.

8. (д) Груз массой 2,5 кг опускают на нити с ускорением 3 м/с 2 , направленным вниз. К этому грузу, на другой нити, подвешен второй груз. Сила натяжения нижней нити составляет 1 Н. Найдите массу второго груза и силу натяжения верхней нити.

9. Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы массами m 1 = 2 кг и m 2 = 1 кг (см. рис.). В какую сторону и с каким ускорением движется каждый из грузов? Какова сила натяжения нити?

10. (д) Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы. Масса первого груза m 1 = 0,2 кг. Он движется вверх с ускорением 3 м/с 2 . Какова масса второго груза? Какова сила натяжения нити?

11. Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы. Масса первого груза m 1 = 0,2 кг. Он движется вверх, увеличивая скорость от 0,5 м/с до 4 м/с за 1 с. Какова масса второго груза? Какова сила натяжения нити?

12. (д) Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы массами m 1 = 400 г и m 2 = 1 кг. Их удерживают в состоянии покоя, а затем отпускают. С каким ускорением движется каждый из грузов? Какое расстояние пройдет каждый из них за 1 с движения?

13. Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы массами m 1 = 400 г и m 2 = 0,8 кг. Их удерживают в состоянии покоя на одном уровне, а затем отпускают. Каким будет расстояние между грузами (по высоте) через 1,5 с после начала движения?

14. (д) Через неподвижный блок, прикрепленный к потолку, перекинута невесомая и нерастяжимая нить. К концам нити подвешены грузы. Масса первого груза m 1 = 300 г. Грузы удерживают в состоянии покоя на одном уровне, а затем отпускают. Через 2 с после начала движения разность высот, на которых находятся грузы, достигла 1 м. Какова масса m 2 второго груза и каково ускорение грузов?

Задачи на конический маятник

15. Маленький шарик массой 50 г, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити длиной 1 м, совершает движение по окружности в горизонтальной плоскости. Нить составляет с вертикалью угол 30°. Какова сила натяжения нити? Какова скорость движения шарика?

16. (д) Маленький шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити длиной 1 м, совершает движение по окружности в горизонтальной плоскости. Нить составляет с вертикалью угол 30°. Какова угловая скорость движения шарика?

17. Шарик массой 100 г совершает движения по окружности радиусом 1 м, будучи подвешенным на невесомой и нерастяжимой веревке длиной 2 м. Какова сила натяжения веревки? Какой угол с вертикалью составляет веревка? Какова скорость движения шарика?

18. (д) Шарик массой 85 г совершает движения по окружности радиусом 50 см, будучи подвешенным на невесомой и нерастяжимой веревке длиной 577 мм. Какова сила натяжения веревки? Какой угол с вертикалью составляет веревка? Какова угловая скорость движения шарика?

Раздел 17.

Вес тела, сила реакции опоры и невесомость.

1. Человек массой 80 кг находится в лифте, движущемся с ускорением 2,5 м/с 2 , направленным вверх. Каков вес человека в лифте?

2. (д) Человек находится в лифте, движущемся с ускорением 2 м/с 2 , направленным вверх. Какова масса человека, если его вес составляет 1080 Н?

3. Балку массой 500 кг опускают на тросе с ускорением 1 м/с 2 , направленным вниз. Каков при этом вес балки? Какова сила натяжения троса?

4. (д) Циркового акробата поднимают вверх на канате с ускорением 1,2 м/с 2 , направленным также вверх. Какова масса акробата, если сила натяжения каната равна 1050 Н? Каков вес акробата?

5. Если лифт движется с ускорением, равным 1,5 м/с 2 , направленным вверх, то вес человека, находящегося в лифте, равен 1000 Н. Каким будет вес человека, если лифт будет двигаться с таким же ускорением, но направленным вниз? Какова масса человека? Каков вес этого человека в неподвижном лифте?

6. (д) Если лифт движется с ускорением, направленным вверх, то вес человека в лифте составляет 1000 Н. Если же лифт движется с таким же, по модулю, ускорением, но направленным вниз, то вес человека составляет 600 Н. Каково ускорение лифта и какова масса человека?

7. Человек массой 60 кг поднимается в лифте, движущемся равноускоренно вверх. Покоившийся лифт за 2 с набрал скорость 2,5 м/с. Каков вес человека при этом?

8. (д) Человек массой 70 кг поднимается в лифте, движущемся равноускоренно вверх. Покоившийся лифт за 2 с прошел расстояние 4 м. Каков вес человека при этом?

9. Радиус скругления выпуклого моста равен 200 м. По мосту движется автомобиль массой 1 т со скоростью 72 км/час. Каков вес автомобиля в верхней точке моста?

10. (д) Радиус скругления выпуклого моста равен 150 м. По мосту движется автомобиль массой 1 т. Его вес в верхней точке моста составляет 9500 Н. Какова скорость автомобиля?

11. Радиус скругления выпуклого моста равен 250 м. По мосту движется автомобиль со скоростью 63 км/час. Его вес в верхней точке моста составляет 20000 Н. Какова масса автомобиля?

12. (д) По выпуклому мосту движется автомобиль массой 1 т со скоростью 90 км/час. Вес автомобиля в верхней точке моста составляет 9750 Н. Каков радиус кривизны выпуклой поверхности моста?

13. Трактор массой 3 т въезжает на горизонтальный деревянный мост, который прогибается под действием тяжести трактора. Скорость трактора равна 36 км/час. Вес трактора в самой нижней точки прогиба моста составляет 30500 Н. Каков радиус скругления поверхности моста?

14. (д) Трактор массой 3 т въезжает на горизонтальный деревянный мост, который прогибается под действием тяжести трактора. Скорость трактора равна 54 км/час. Радиус скругления поверхности моста равен 120 м. Каков вес трактора?

15. Деревянный горизонтальный мост может выдержать нагрузку 75000 Н. Масса танка, который должен проехать по мосту, 7200 кг. С какой скоростью может двигаться танк по мосту, если при этом мост прогибается так, что радиус скругления моста составляет 150 м?

16. (д) Длина деревянного моста 50 м. Грузовик, движущийся с постоянной по модулю скоростью, проезжает мост за 5 с. При этом максимальный прогиб моста таков, что радиус скругления его поверхности равен 220 м. Вес грузовика в середине моста составляет 50 кН. Какова масса грузовика?

17. Автомобиль движется по выпуклому мосту, радиус кривизны которого 150 м. При какой скорости движения автомобиля водитель почувствует невесомость? Что еще он почувствует (если, конечно, водитель - нормальный человек)?

18. (д) Автомобиль движется по выпуклому мосту. Водитель машины почувствовал, что в самой верхней точке моста при скорости 144 км/час машина теряет управление? Почему это происходит? Каков радиус кривизны поверхности моста?

19. Космический корабль стартует вверх с ускорением 50 м/с 2 . Какую перегрузку испытывают космонавты в корабле?

20. (д) Космонавт может выдержать десятикратную кратковременную перегрузку. Каким в это время должно быть направленное вверх ускорение космического корабля?

Например, при ремонте дома или квартиры . Ну и, конечно же, всем людям, чья профессия связана с расчетами:

инженерам;
архитекторам;
проектировщикам и пр.

Натяжения нити и подобных объектов

А зачем им это знать и какая от этого практическая польза? В случае с инженерами и конструкторами знания о мощи натяжения позволят создавать устойчивые конструкции . Это означает, что сооружения, техника и прочие конструкции смогут дольше сохранять свою целостность и прочность. Условно, эти расчеты и знания можно разделить на 5 основных пунктов, чтобы в полной мере понять, о чем идет речь.

1 Этап

Есть множество сторонних факторов, влияющих на расчеты – вес нити, ее кривизна и так далее . Для простых расчетов это мы не будем пока что учитывать. Иными словами – пусть нить будет идеальна с математической точки зрения и «без изъянов».

2 Этап

Заключается он в вопросе об ускорении . К уже имеющейся ситуации давайте добавим условие. Суть его в том, чтобы на нить действовало еще и ускорение. Возьмем пример попроще. Представим, что нашу балку теперь поднимают вверх со скоростью 3 м/с. Тогда, к натяжению прибавится ускорение груза и формула примет следующий вид: Fн=Fт+уск*м. Ориентируясь на прошлые расчеты получаем: Fн=19,6+3*2=25,6 ньютона.

3 Этап

Тут уже посложнее, так как речь идет об угловом вращении . Следует понимать, что при вращении объекта вертикально, сила, воздействующая на нить, будет намного больше в нижней точке. Но давайте возьмем пример с несколько меньшей амплитудой качания (по типу маятника). В этом случае для расчетов нужна формула: Fц=м* v²/r. Тут искомое значение обозначает дополнительную мощь натяжения, v – скорость вращения подвешенного груза, а r – радиус окружности, по которому вращается груз. Последнее значение фактически равняется длине нити, пускай она составляет 1,7 метра.

4 Этап

Следует учитывать меняющуюся силу натяжения по мере прохождения груза через дугу . Иными словами – независимо от постоянной величины притяжения, центробежная (результирующая) сила меняется по мере того, как качается подвешенный груз.

5 Этап

Его суть заключается в силе трения между грузом и другим объектом , что в совокупности косвенно влияет на натяжение веревки. Иначе говоря – сила трения способствует увеличению силы натяжения. Это хорошо видно на примере перемещения объектов по шершавой и гладкой поверхностях. В первом случае трение будет большим, поэтому и сдвигать предмет становится тяжелее.

Сила взаимодействия - Р=2*9,8=19,6 ньютона.
Трение - Fтр=0,7*19,6=13,72 Н.
Ускорение - Fу=2*4=8 Н.
Общая сила натяжения - Fн=Fтр+Fу=13,72+8=21,72 ньютона.

Видео

Это видео поможет вам лучше разобраться в данной теме и запомнить ее.

Задача 10048

Блок, имеющий форму диска массой m = 0,4 кг, вращается под действием силы натяжения нити, к концам которой подвешены грузы массами m 1 = 0,3 кг и m 2 = 0,7 кг. Определить силы натяжения Т 1 и T 2 нити по обе стороны блока.

Задача 13144

На однородный сплошной цилиндрический вал радиусом R = 5 см и массой М = 10 кг намотана легкая нить, к концу которой прикреплен груз массой m = 1 кг. Определить: 1) зависимость s(t), согласно которой движется груз; 2) силу натяжения нити Т; 3) зависимость φ(t), согласно которой вращается вал; 4) угловую скорость ω вала через t = 1 с после начала движения; 5) тангенциальное (а τ) и нормальное (а n) ускорения точек, находящихся на поверхности вала.

Задача 13146

Через неподвижный блок в виде однородного сплошного цилиндра массой m = 0,2 кг перекинута невесомая нить, к концам которой прикреплены тела массами m 1 = 0,35 кг и m 2 = 0,55 кг. Пренебрегая трением в оси блока, определите: 1) ускорение груза; 2) отношение T 2 /T 1 сил натяжения нити.

Задача 40602

На полый тонкостенный цилиндр массы m намотана нить (тонкая и невесомая). Свободный конец ее прикреплен к потолку лифта, движущегося вниз с ускорением а л. Цилиндр предоставлен сам себе. Найти ускорение цилиндра относительно лифта и силу натяжения нити. Во время движения нить считать вертикальной.

Задача 40850

Груз массой 200 г вращают на нитке длинной 40 см в горизонтальной плоскости. Чему равна сила натяжения нити,если груз делает 36 оборотов за одну минуту.

Задача 13122

В воздухе на шелковой нити подвешен заряженный шарик массой m = 0,4 г. Снизу подносят к нему на расстояние r = 2 см разноименный и равный по величине заряд q. В результате этого сила натяжения нити Т увеличивается в n = 2,0 раза. Найти величину заряда q.

Задача 15612

Найти отношение модуля силы натяжения нити математического маятника в крайнем положении с модулем силы натяжения нити конического маятника; длины нитей, массы грузиков и углы отклонения маятников одинаковы.

Задача 16577

Два маленьких одинаковых шарика массой 1 мкг каждый подвешены на нитях одинаковой длины и соприкасаются. Когда шарики зарядили, они разошлись на расстояние 1 см, а сила натяжения нити стала равной 20 нН. Найти заряды шариков.

Задача 19285

Установить закон, согласно которому меняется со временем сила натяжения F нити математического маятника. Маятник колеблется по закону α = α max cosωt, масса его m, длина l .

Задача 19885

На рисунке изображены заряженная бесконечная плоскость с поверхностной плоскостью заряда σ = 40 мкКл/м 2 и одноименно заряженный шарик с массой m = l г и зарядом q = 2,56 нКл. Сила натяжения нити, на которой висит шарик, равна...

В технике встречается еще один вид растянутых элементов, при определении прочности которых важное значение имеет собственный вес. Это так называемые гибкие нити. Таким термином обозначаются гибкие элементы в линиях электропередач, в канатных дорогах, в висячих мостах и других сооружениях.

Пусть (Рис.1) имеется гибкая нить постоянного сечения, нагруженная собственным весом и подвешенная в двух точках, находящихся на разных уровнях. Под действием собственного веса нить провисает по некоторой кривой АОВ.

Горизонтальная проекция расстояния между опорами (точками ее закрепления), обозначаемая , носит название пролета.

Нить имеет постоянное сечение, следовательно, вес ее распределен равномерно по ее длине. Обычно провисание нити невелико по сравнению с ее пролетом, и длина кривой АОВ мало отличается (не более чем на 10%) от длины хорды АВ . В этом случае с достаточной степенью точности можно считать, что вес нити равно- мерно распределен не по ее длине, а по длине ее проекции на горизонтальную ось, т. е. вдоль пролета l .

Рис.1. Расчетная схема гибкой нити.

Эту категорию гибких нитей мы и рассмотрим. Примем, что интенсивность нагрузки, равномерно распределенной по пролету нити, равна q . Эта нагрузка, имеющая размерность сила/длина , может быть не только собственным весом нити, приходящимся на единицу длины пролета, но и весом льда или любой другой нагрузкой, также равномерно распределенной. Сделанное допущение о законе распределения нагрузки значительно облегчает расчет, но делает его вместе с тем приближенным; если при точном решении (нагрузка распределена вдоль кривой) кривой провисания будет цепная линия, то в приближенном решении кривая провисания оказывается квадратной параболой.

Начало координат выберем в самой низшей точке провисания нити О , положение которой, нам пока неизвестное, очевидно, зависит от величины нагрузки q , от соотношения между длиной нити по кривой и длиной пролета, а также от относительного положения опорных точек. В точке О касательная к кривой провисания нити, очевидно, горизонтальна. По этой касательной направим вправо ось .

Вырежем двумя сечениями в начале координат и на расстоянии от начала координат (сечение m n ) часть длины нити. Так как нить предположена гибкой, т. е. способной сопротивляться лишь растяжению, то действие отброшенной части на оставшуюся возможно только в виде силы, направленной по касательной к кривой провисания нити в месте разреза; иное направление этой силы невозможно.

На рис.2 представлена вырезанная часть нити с действующими на нее силами. Равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q направлена вертикально вниз. Воздействие левой отброшенной части (горизонтальная сила Н ) направлено, ввиду того, что нить работает на растяжение, влево. Действие правой отброшенной части, сила Т , направлено вправо по касательной к кривой провисания нити в этой точке.

Cоставим уравнение равновесия вырезанного участка нити. Возьмем сумму моментов всех сил относительно точки приложения силы Т и приравняем ее нулю. При этом учтем, опираясь на приведенное в начале допущение, что равнодействующая распределенной нагрузки интенсивностью q будет , и что она приложена посредине отрезка . Тогда

Рис.2. Фрагмент вырезанной части гибкой нити

Отсюда следует, что кривая провисания нити является параболой. Когда обе точки подвеса нити находятся на одном уровне, то Величина в данном случае будет так называемой стрелой провисания. Ее легко определить. Так как в этом случае, ввиду симметрии, низшая точка нити находится посредине пролита, то ; подставляя в уравнение (1) значения и получаем:

Величина Н называется горизонтальным натяжением нити.

и натяжение H , то по формуле (2) найдем стрелу провисания . При заданных и натяжение Н определяется формулой (3). Связь этих величин с длиной нити по кривой провисания устанавливается при помощи известной из математики приближенной формулы)

Составим еще одно условие равновесия вырезанной части нити, а именно, приравняем нулю сумму проекций всех сил на ось :

Из этого уравнения найдем силу Т натяжение в произвольной точке

Откуда следует, что сила Т увеличивается от низшей точки нити к опорам и будет наибольшей в точках подвеса там, где касательная к кривой провисания нити составляет наибольший угол с горизонталью. При малом провисании нити этот угол не достигает больших значений, поэтому с достаточной для практики степенью точности можно считать, что усилие в нити постоянно и равно ее натяжению Н . На эту величину обычно и ведется расчет прочности нити. Если все же требуется вести расчет на наибольшую силу у точек подвеса, то для симметричной нити ее величину определим следующим путем. Вертикальные составляющие реакций опор равны между собой и равны половине суммарной нагрузки на нить, т. е. . Горизонтальные составляющие равны силе Н , определяемой по формуле (3). Полные реакции опор получатся как геометрические суммы этих составляющих:

Условие прочности для гибкой нити, если через F обозначена площадь сечения, имеет вид:

Заменив натяжение Н его значением по формуле (3), получим:

Из этой формулы при заданных , , и можно определить необходимую стрелу провисания . Решение при этом упростится, если в включен лишь собственный вес; тогда , где вес единицы объема материала нити, и

т. е. величина F не войдет в расчет.

Если точки подвеса нити находятся на разных уровнях, то, подставляя в уравнение (1) значения и , находим и :

Отсюда из второго выражения определяем натяжение

а деля первое на второе, находим:

Имея в виду, что , получаем:

Подставив это значение в формулу определенного натяжения Н , окончательно определяем:

Два знака в знаменателе указывают на то, что могут быть две основные формы провисания нити. Первая форма при меньшем значении Н (знак плюс перед вторым корнем) дает нам вершину параболы между опорами нити. При большем натяжении Н (знак минус перед вторым корнем) вершина параболы расположится левее опоры А (Рис.1). Получаем вторую форму кривой. Возможна и третья (промежуточная между двумя основными) форма провисания, соответствующая условию ; тогда начало координат совмещается с точкой А . Та или иная форма будет получена в зависимости от соотношений между длиной нити по кривой провисания АОВ (Рис.1) и длиной хорды АВ .

Если при подвеске нити на разных уровнях неизвестны стрелы провисания и , но известно натяжение Н , то легко получить значения расстояний а и b и стрел провисания, и . Разность h уровней подвески равна:

Подставим в это выражение значения и , и преобразуем его, имея в виду, что :

а так как то

Следует иметь в виду, что при будет иметь место первая форма провисания нити, при вторая форма провисания и при третья форма. Подставляя значения и в выражения для стрел провисания и , получаем величины и :

Теперь выясним, что произойдет с симметричной нитью, перекрывающей пролет , если после подвешивания ее при температуре и интенсивности нагрузки температура нити повысится до а нагрузка увеличится до интенсивности (например, из-за ее обледенения). При этом предположим, что в первом состоянии задано или натяжение , или стрела провисания (Зная одну из этих двух величин, всегда можно определить другую.)

При подсчете деформации нити, являющейся по сравнению с длиной нити малой величиной, сделаем два допущения: длина нити "равна ее пролету, а натяжение постоянно и равно Н . При пологих нитях эти допущения дают небольшую погрешность.