Διαστατικός τύπος τάσης

Σύμφωνα με τους νόμους της κίνησης του Νεύτωνα, η δύναμη είναι μια εξωτερική δύναμη που μπορεί να αλλάξει την κατάσταση του σώματος σε ηρεμία και δραστηριότητα. Ωστόσο, αυτή η συγκεκριμένη εξήγηση δεν καθορίζει ολόκληρο το φαινόμενο. Επομένως, η δύναμη είναι ένας εξωτερικός παράγοντας που μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση ενέργειας ή μετατόπιση σε ένα σώμα. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι δυνάμεων:οι δυνάμεις επαφής και οι δυνάμεις χωρίς επαφή. Από το ίδιο το όνομα, μπορείτε να καταλάβετε ότι οι δυνάμεις μη επαφής υπάρχουν μεταξύ δύο σωμάτων που δεν βρίσκονται σε φυσική επαφή, όπως η βαρυτική έλξη μεταξύ των ουράνιων σωμάτων. Αντίθετα, οι δυνάμεις επαφής ορίζονται ως δυνάμεις που υπάρχουν μεταξύ δύο υλικών σωμάτων σε επαφή, ως δύναμη τάσης.

Τι είναι η δύναμη έντασης και πώς αναπτύσσεται;

Η δύναμη τάσης είναι ένας τύπος δύναμης επαφής που δημιουργείται συνήθως στα σχοινιά, τις χορδές και άλλα τέτοια στοιχεία. Όταν κρατάτε ένα σχοινί σε ανοιχτό μέρος, με τα δύο άκρα ελεύθερα, δεν αναπτύσσεται δύναμη τάσης. Ωστόσο, όταν το ένα άκρο του σχοινιού είναι προσαρτημένο σε μια ράβδο, το άλλο προσαρτάται σε ένα φορτίο και ολόκληρη η διάταξη είναι κρεμασμένη, αναπτύσσεται η δύναμη τάνυσης του σχοινιού.

Διάφορες εξηγήσεις μπορούν να ορίσουν τον σχηματισμό αυτού του στοιχείου δύναμης.

1. Όταν ένα φορτίο κρεμιέται από το σχοινί, η κύρια δύναμη που θα ασκεί πάνω του θα είναι το βάρος του, W, και θα λειτουργεί προς τα κάτω.
2. Δεδομένου ότι ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα δηλώνει ότι κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι μια αντίθετη δύναμη θα αναπτυχθεί στο σχοινί για να εξισορροπήσει τη διάταξη.
3. Αυτή η δύναμη ονομάζεται τάση και δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση του βάρους, δηλαδή προς την ανοδική κατεύθυνση.

Η φυσική έκφραση της δύναμης τάσης

Οι δυνάμεις τάσης αναπτύσσονται συνεχώς κάθε φορά που τεντώνεται ένα σχοινί, μια χορδή ή κάτι παρόμοιο. Το τέντωμα μπορεί να γίνει σε κάθετη θέση ή υπό γωνία. Συνήθως, η τάση που αναπτύσσεται στη χορδή είναι μια δύναμη έλξης και λειτουργεί πάντα ως αντίθετη συνιστώσα μιας δύναμης ώθησης. Επομένως, καμία από τις οντότητες δεν θα έχει αποκλειστική ύπαρξη με την άλλη.

Τώρα, σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο, τόσο η δύναμη ώθησης όσο και η τάση πρέπει να είναι ίσες για να διασφαλιστεί ότι ολόκληρο το σύστημα είναι ισορροπημένο και ότι δεν υπάρχει κέρδος ή απώλεια στην επιτάχυνση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο καμία συγκεκριμένη εξίσωση δεν μπορεί να εξηγήσει τη φυσική έκφραση της δύναμης τάσης. Εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την κατάσταση που εξετάζετε.

Κρεμασμένο σώμα από το σχοινί

Όταν ένα σώμα είναι κρεμασμένο σε καθοδική θέση από ένα σχοινί, η δύναμη ώθησης που ασκείται σε αυτό είναι το βάρος που εκφράζεται ως W. Επομένως, ακολουθώντας την έννοια που περιγράφηκε παραπάνω, και λαμβάνοντας υπόψη ότι δεν υπάρχει αλλαγή στην επιτάχυνση, η δύναμη τάσης που δημιουργείται θα είναι ίσο με το βάρος.

T =W

Ένα τεντωμένο σχοινί με γωνία 30˚

Σκεφτείτε ένα τεντωμένο σχοινί συνδεδεμένο σε ένα σώμα που διατηρείται σε μια επίπεδη επιφάνεια. Το κορδόνι είναι ανυψωμένο και προσαρτάται σε ένα σημείο υπό γωνία 30˚ από το οριζόντιο επίπεδο. Σε αυτήν την περίπτωση, το βάρος του σώματος είναι W που δρα προς τα κάτω και ως απόκριση σε αυτό, η επιφάνεια θα ασκήσει μια ανοδική δύναμη, γνωστή ως κανονική ή N. 

Επομένως, η οριζόντια συνιστώσα της δύναμης τάσης, T, θα είναι Tcos30˚, ενώ η κατακόρυφη συνιστώσα της είναι Tsin30˚. Για να γνωρίζουμε την τιμή της δύναμης τάσης, πρέπει να λάβουμε υπόψη την οριζόντια συνιστώσα. Έτσι, η φυσική έκφραση θα είναι: 

T cos30˚  =μάζα × επιτάχυνση

Ή, T =(μάζα × επιτάχυνση) / cos30˚

Διαστατικός τύπος δύναμης τάσης 

Όπως περιγράφηκε παραπάνω, καμία τέτοια έννοια δεν μπορεί να ορίσει μια σωστή φυσική έκφραση για την ένταση. Εξαρτάται τελικά από τη διάταξη ελεύθερου ή άκαμπτου σώματος που εξετάζουμε. Ωστόσο, υπάρχει μια κοινή έκφραση που μπορούμε να εξετάσουμε.

Η τάση δεν είναι παρά μια δύναμη, και ως εκ τούτου, θα εξαρτηθεί από τη μάζα και την επιτάχυνση σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Καθώς δεν δρα πάντα στην ευθεία κατακόρυφη ή οριζόντια κατεύθυνση, το συνημιτονικό ή ημιτονικό στοιχείο μπορεί να προστεθεί εάν η δύναμη έχει γωνία με οποιοδήποτε επίπεδο. Ωστόσο, αυτά τα στοιχεία δεν έχουν καμία διάσταση.

Έτσι, από αυτό, μπορούν να συναχθούν τα ακόλουθα γεγονότα: 

T =επιτάχυνση × μάζα

Ή, T =m × a

Ή, T =m × v/t

Ή, T =[m × d] / t2

Ή, T =[M1L1T-2] 

Συμπέρασμα 

Η δύναμη τάνυσης λαμβάνεται υπόψη καθ' όλη τη διάρκεια, καθώς αναπτύσσεται κάθε φορά που τεντώνεται μια χορδή, ένα σχοινί και άλλα. Από τις παραπάνω σημειώσεις, μπορείτε να καταλάβετε ότι η τάση εξαρτάται από τη μάζα, το μήκος και τον χρόνο. Για παράδειγμα, εάν η μάζα του σώματος που συνδέεται με το ένα άκρο του σχοινιού είναι μεγαλύτερη, η τάση που αναπτύσσεται στη χορδή θα είναι επίσης μεγαλύτερη. Ομοίως, αν λάβουμε υπόψη το μήκος του σχοινιού, η δύναμη τάνυσης θα ποικίλλει άμεσα αλλά ως τετράγωνο. Επομένως, οι δυνάμεις τάσης διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στον προσδιορισμό της προκύπτουσας δράσης οποιασδήποτε διάταξης.