APAKAH KESEIMBANGAN ZARAH? (DENGAN CONTOH) - FIZIKAL - 2026

The keseimbangan zarah adalah keadaan di mana zarah ialah apabila daya luar yang bertindak ke atas mereka saling dibatalkan. Ini bermaksud bahawa ia mengekalkan keadaan tetap, sedemikian rupa sehingga dapat terjadi dalam dua cara yang berbeza bergantung pada keadaan tertentu.

Yang pertama adalah berada dalam keseimbangan statik, di mana zarah itu tidak bergerak; dan yang kedua adalah keseimbangan dinamik, di mana penjumlahan daya dibatalkan, namun partikel tersebut mempunyai gerakan segiempat sama.

Rajah 1. Pembentukan batuan dalam keseimbangan. Sumber: Pixabay.

Model zarah adalah pendekatan yang sangat berguna untuk mengkaji pergerakan badan. Ini terdiri dari anggapan bahawa semua jisim tubuh tertumpu dalam satu titik, tanpa mengira ukuran objek. Dengan cara ini anda dapat mewakili planet, kereta, elektron, atau bola biliar.

Kekuatan yang dihasilkan

Titik yang mewakili objek adalah di mana daya yang mempengaruhi ia bertindak. Kuasa-kuasa ini boleh digantikan dengan satu yang mempunyai kesan yang sama, yang dipanggil daya paduan bersih atau daya dan ditandakan sebagai F _R atau F _N .

Menurut undang-undang kedua Newton, ketika ada kekuatan hasil yang tidak seimbang, tubuh mengalami percepatan yang sebanding dengan gaya:

F _R = ma

Di mana pecutan yang diperoleh objek berkat tindakan daya dan m adalah jisim objek. Apa yang berlaku jika badan tidak dipecut? Tepat apa yang ditunjukkan pada awalnya: tubuh dalam keadaan istirahat atau bergerak dengan gerakan segiempat seragam, yang tidak memiliki percepatan.

Untuk zarah dalam keseimbangan adalah sah untuk memastikan bahawa:

F _R = 0

Oleh kerana menambahkan vektor tidak semestinya menambah modul, vektor mesti diuraikan. Oleh itu, adalah sah untuk menyatakan:

F _x = ma _x = 0; F _y = ma _y = 0; F _z = ma _z = 0

Gambar rajah badan bebas

Untuk memvisualisasikan daya yang bertindak pada partikel, lebih mudah untuk membuat gambarajah badan bebas, di mana semua daya yang bertindak pada objek diwakili oleh anak panah.

Persamaan di atas bersifat vektor. Semasa daya penguraian, mereka dibezakan dengan tanda. Dengan cara ini, jumlah komponennya adalah sifar.

Berikut adalah garis panduan penting untuk menjadikan lukisan berguna:

- Pilih sistem rujukan di mana jumlah daya terbesar terletak pada paksi koordinat.

- Berat selalu diturunkan secara menegak.

- Sekiranya terdapat dua atau lebih permukaan yang bersentuhan, ada daya normal, yang selalu ditarik dengan mendorong badan dan tegak lurus ke permukaan yang memakainya.

- Untuk zarah dalam keseimbangan mungkin terdapat geseran yang selari dengan permukaan kontak dan menentang kemungkinan pergerakan, jika zarah itu dianggap dalam keadaan rehat, atau pasti bertentangan, jika zarah itu bergerak dengan MRU (pergerakan segiempat seragam).

- Sekiranya terdapat tali, ketegangan selalu ditarik sepanjangnya dan menarik badan.

Cara-cara untuk menerapkan keadaan keseimbangan

Rajah 2. Dua daya dikenakan dengan cara yang berbeza pada badan yang sama. Sumber: buatan sendiri.

Dua daya yang sama besar dan berlawanan arah dan arah

Rajah 2 menunjukkan zarah di mana dua daya bertindak. Pada rajah di sebelah kiri, zarah menerima tindakan dua daya F ₁ dan F ₂ yang mempunyai magnitud yang sama dan bertindak pada arah yang sama dan arah yang bertentangan.

Zarah berada dalam keseimbangan, namun begitu dengan maklumat yang diberikan, tidak mungkin untuk mengetahui sama ada keseimbangan itu statik atau dinamik. Lebih banyak maklumat diperlukan mengenai kerangka acuan inersia dari mana objek diperhatikan.

Dua daya dengan magnitud yang berbeza, arah yang sama dan arah yang bertentangan

Angka di tengah menunjukkan zarah yang sama, yang kali ini tidak berada dalam keseimbangan, kerana magnitud daya F ₂ lebih besar daripada F ₁ . Oleh itu terdapat daya yang tidak seimbang dan objek tersebut mempunyai pecutan ke arah yang sama dengan F ₂ .

Dua daya yang sama besar dan berbeza arah

Akhirnya, dalam gambar di sebelah kanan, kita juga melihat badan yang tidak berada dalam keseimbangan. Walaupun F ₁ dan F ₂ adalah sama besar, daya F ₂ tidak dalam arah yang sama dengan 1. Komponen menegak F ₂ tidak dilawan oleh yang lain dan zarah mengalami pecutan ke arah itu.

Tiga daya dengan arah yang berbeza

Bolehkah zarah yang dikenakan tiga daya berada dalam keseimbangan? Ya, dengan syarat apabila meletakkan hujung dan hujung masing-masing, angka yang dihasilkan adalah segitiga. Dalam kes ini, jumlah vektor adalah sifar.

Rajah 3. Zarah yang dikenakan tindakan 3 daya boleh berada dalam keseimbangan. Sumber: buatan sendiri.

Geseran

Daya yang sering campur tangan dalam keseimbangan zarah adalah geseran statik. Ia disebabkan oleh interaksi objek yang diwakili oleh zarah dengan permukaan yang lain. Sebagai contoh, sebuah buku dalam keseimbangan statik pada meja condong dimodelkan sebagai zarah dan mempunyai gambarajah badan bebas seperti berikut:

Rajah 4. Gambar rajah bebas buku pada satah condong. Sumber: buatan sendiri.

Kekuatan yang menghalang buku daripada meluncur di permukaan satah condong dan kekal dalam keadaan rehat adalah geseran statik. Ia bergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan, yang secara mikroskopik memperlihatkan kekasaran dengan puncak yang terkunci, menjadikan pergerakan sukar.

Nilai maksimum geseran statik berkadar dengan daya normal, daya yang diberikan oleh permukaan pada objek yang disokong, tetapi tegak lurus dengan permukaan tersebut. Dalam contoh dalam buku itu ditunjukkan dengan warna biru. Secara matematik dinyatakan seperti ini:

Pemalar berkadar adalah pekali geseran statik μ _s , yang ditentukan secara eksperimen, tidak berdimensi dan bergantung pada sifat permukaan yang bersentuhan.

Geseran dinamik

Sekiranya zarah berada dalam keseimbangan dinamik, pergerakan sudah berlaku dan geseran statik tidak lagi mengganggu. Sekiranya terdapat daya geseran yang menentang pergerakan, geseran dinamik bertindak, yang magnitudnya tetap dan diberikan oleh:

Di mana μ _k adalah pekali geseran dinamik, yang juga bergantung pada jenis permukaan yang bersentuhan. Seperti pekali geseran statik, ia tidak berdimensi dan nilainya ditentukan secara eksperimen.

Nilai pekali geseran dinamik biasanya lebih rendah daripada geseran statik.

Contoh yang berjaya

Buku dalam Rajah 3 dalam keadaan rehat dan mempunyai jisim 1.30 kg. Pesawat mempunyai sudut kecondongan 30º. Cari pekali geseran statik antara buku dan permukaan satah.

Penyelesaian

Penting untuk memilih sistem rujukan yang sesuai, lihat gambar berikut:

Rajah 5. Gambar rajah bebas buku pada satah condong dan penguraian berat. Sumber: buatan sendiri.

Berat buku mempunyai magnitud W = mg, namun perlu menguraikannya menjadi dua komponen: W _x dan W _y , kerana ia adalah satu-satunya kekuatan yang tidak jatuh tepat di atas paksi koordinat. Penguraian berat diperhatikan pada gambar di sebelah kiri.

Yang ke-2. Undang-undang Newton untuk paksi menegak adalah:

Mengaplikasi ke-2. Hukum Newton untuk paksi-x, memilih arah gerakan yang mungkin positif:

Geseran maksimum ialah f _{s max} = μ _s N, oleh itu:

Rujukan

1. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7 ^ma . Pembelajaran Ed. Cengage. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Asas Fizik. 9 ^na Ed. Pembelajaran Cengage. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit MacGraw. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fizik. Addison Wesley. 148-164.