Isi

• Langkah

Dalam fisika, tegangan tali adalah gaya yang diberikan oleh tali, kabel, atau benda serupa pada satu atau lebih benda lain. Apa pun yang ditarik, digantung, diberi daya, atau diayunkan pada tali menghasilkan ketegangan. Seperti gaya lainnya, tegangan dapat mengubah kecepatan suatu benda atau merusak bentuknya. Perhitungan tegangan string merupakan keterampilan penting tidak hanya untuk siswa jurusan fisika tetapi juga untuk insinyur dan arsitek yang harus menghitung untuk mengetahui apakah string yang digunakan dapat menahan tegangan string. benturkan objek sebelum melepaskan tuas penyangga. Baca langkah 1 untuk mempelajari cara menghitung tegangan dalam sistem banyak benda.

Langkah

Metode 1 dari 2: Tentukan gaya tegangan kawat tunggal

1. 

   
   
   Tentukan tegangan di ujung tali. Ketegangan pada tali adalah hasil dari pengencangan kedua ujungnya. Ulangi rumus “gaya = massa × percepatan. Dengan asumsi string ditarik sangat kencang, setiap perubahan berat atau percepatan benda mengubah tegangan. Jangan lupakan faktor percepatan yang disebabkan oleh gaya - bahkan jika sistem diam, semua yang ada di sistem akan tetap menderita gaya ini. Kita memiliki rumus tegangan T = (m × g) + (m × a), di mana "g" adalah percepatan gravitasi benda dalam sistem dan "a" adalah percepatan spesifik benda.
   • Dalam fisika, untuk memecahkan masalah, kita sering berhipotesis bahwa string berada dalam "kondisi ideal" - yaitu, string yang digunakan sangat kuat, tidak memiliki massa atau massa yang dapat diabaikan, dan tidak dapat elastis atau putus.
   • Misalnya, pertimbangkan sistem objek yang terdiri dari beban yang digantung dari tali seperti yang ditunjukkan pada gambar. Kedua benda tersebut tidak bergerak karena sedang dalam keadaan istirahat. Posisi, kita tahu bahwa dengan berat dalam kesetimbangan, tegangan tali yang bekerja di atasnya harus sama dengan gravitasi. Dengan kata lain, Force (F_t) = Gravitasi (F._g) = m × g.
     • Dengan asumsi berat 10 k, gaya tegangannya adalah 10 kg × 9,8 m / s = 98 Newton.

2. 

   
   
   Sekarang mari tambahkan percepatannya. Meskipun gaya bukan satu-satunya faktor yang mempengaruhi gaya tegangan, setiap gaya lain yang terkait dengan percepatan benda yang dipegang tali memiliki kemampuan yang sama. Misalnya, jika kita menerapkan gaya yang mengubah gerakan benda yang digantung, gaya percepatan benda tersebut (percepatan × massa) akan ditambahkan ke nilai gaya tegangan.
   • Dalam contoh kita: Biarkan beban seberat 10 kg digantung pada tali, tetapi alih-alih sebelumnya dipasang pada balok kayu, sekarang kita menarik tali secara vertikal dengan percepatan 1 m / s. Dalam hal ini, kita harus memasukkan percepatan beban dan juga gravitasi. Perhitungannya sebagai berikut:
     • F_t = F_g + m × a
     • F_t = 98 + 10 kg × 1 m / dtk
     • F_t = 108 Newton.

3. 

   
   
   Hitung percepatan putaran. Sebuah benda yang sedang diputar berputar pada pusat yang tetap melalui tali (seperti pendulum) menghasilkan tegangan berdasarkan gaya radial. Gaya radial juga memainkan peran tambahan dalam tegangan karena gaya ini juga "menarik" benda ke dalam, tetapi di sini, alih-alih menarik ke arah lurus, ia malah menarik busur. Semakin cepat benda berputar, semakin besar gaya radial. Gaya radial (F_c) dihitung menggunakan rumus m × v / r di mana "m" adalah massa, "v" adalah kecepatan, dan "r" adalah jari-jari lingkaran yang mengandung busur benda.
   • Karena arah dan besar gaya radial berubah saat benda bergerak, demikian pula gaya tegangan total, karena gaya ini menarik benda ke arah yang sejajar dengan tali dan ke arah tengah. Juga, ingatlah bahwa gravitasi selalu berperan dalam arah linier yang benar. Singkatnya, jika sebuah benda berayun lurus, maka tegangan senar akan maksimal pada titik terendah busur (dengan pendulum, kita menyebutnya posisi kesetimbangan), ketika kita mengetahuinya objek akan bergerak paling cepat di sana dan paling terang di tepinya.
   • Masih menggunakan contoh pemberat dan tali, tapi alih-alih menarik, kita mengayunkan beban seperti pendulum. Misalkan tali memiliki panjang 1,5 meter dan beban bergerak dengan kecepatan 2 m / s ketika berada dalam kesetimbangan. Untuk menghitung tegangan dalam kasus ini, kita perlu menghitung tegangan akibat gravitasi seolah-olah tidak bergerak sebagai 98 Newton, kemudian menghitung gaya radial tambahan sebagai berikut:
     • F_c = m × v / r
     • F_c = 10 × 2/1.5
     • F_c = 10 × 2,67 = 26,7 Newton.
     • Jadi tegangan totalnya adalah 98 + 26,7 = 124,7 Newton.

4. 

   Pahami bahwa tegangan pada tali akan berbeda pada berbagai posisi benda pada busur yang bergerak. Seperti disebutkan di atas, baik arah maupun besar gaya radial suatu benda berubah saat benda bergerak. Namun, meski gaya gravitasi tetap sama, tegangan yang diciptakan oleh gravitasi akan tetap berubah seperti biasanya! Ketika benda berada dalam kesetimbangan, gaya gravitasi akan vertikal dan begitu juga gaya tegangan, tetapi ketika benda berada pada posisi yang berbeda, kedua gaya ini akan membentuk sudut yang sama. Oleh karena itu, gaya tegangan "menetralkan" sebagian gravitasi, bukan melebur sepenuhnya.
   • Membagi gravitasi menjadi dua vektor akan membantu Anda melihat definisi ini dengan lebih baik. Pada titik mana pun dalam arah gerakan benda secara vertikal, senar menciptakan sudut "θ" dengan jalur dari pusat ke posisi kesetimbangan benda. Saat bergerak, gravitasi (m × g) akan dibagi menjadi dua vektor - mgsin (θ) asimtotik ke busur bergerak menuju posisi kesetimbangan. Dan mgcos (θ) sejajar dengan tegangan di arah yang berlawanan. Dengan demikian kita melihat bahwa tegangan hanya boleh melawan mgcos (θ) - reaksinya - tidak semua gaya gravitasi (Kecuali jika benda dalam posisi kesetimbangan, gaya berada pada arah dan arah yang sama).
   • Sekarang biarkan melalui pengocok dengan sudut vertikal 15 derajat, bergerak dengan kecepatan 1,5 m / s. Jadi kami menghitung tegangan sebagai berikut:
     • Gaya tarik yang diciptakan oleh gravitasi (T_g) = 98cos (15) = 98 (0,96) = 94,08 Newton
     • Gaya radial (F_c) = 10 × 1,5 / 1,5 = 10 × 1,5 = 15 Newton
     • Gaya total = T_g + F_c = 94.08 + 15 = 109,08 Newton.

5. 

   Hitung gaya gesekan. Setiap benda yang ditarik menciptakan gaya "tarik" dengan gesekan terhadap permukaan benda lain (atau cairan) dan gaya ini mengubah gaya tegangan agak. Gaya gesek 2 benda dalam hal ini juga akan dihitung seperti yang biasa kita lakukan: Gaya yang menutup (biasanya dilambangkan dengan F_r) = (mu) N, dimana mu adalah koefisien gesekan dimana N adalah gaya yang diberikan oleh dua benda, atau gaya tekan satu benda terhadap benda lainnya. Perhatikan bahwa gesekan statis berbeda dari gesekan dinamis - gesekan statis adalah hasil dari menyebabkan benda bergerak dari diam ke bergerak dan gesekan dinamis dihasilkan sambil mempertahankan benda untuk melanjutkan gerakannya.
   • Misalkan kita memiliki berat 10 kg tetapi sekarang benda itu diseret ke lantai secara horizontal. Misalkan koefisien gesekan dinamis lantai menjadi 0,5 dan berat awal memiliki kecepatan konstan tetapi sekarang kita menjumlahkannya dengan percepatan 1 m / s. Masalah baru ini memiliki dua perubahan penting - Pertama, kita tidak lagi menghitung tegangan akibat gravitasi, karena sekarang tegangan dan gravitasi tidak saling menghilangkan. Kedua, kita harus menambahkan gesekan dan percepatan. Perhitungannya terlihat seperti ini:
     • Gaya normal (N) = 10 kg × 9,8 (percepatan gravitasi) = 98 N
     • Gaya gesekan dinamis (F_r) = 0,5 × 98 N = 49 Newton
     • Gaya percepatan (F_Sebuah) = 10 kg × 1 m / s = 10 Newton
     • Gaya tegangan total = F_r + F_Sebuah = 49 + 10 = 59 Newton.
   iklan

Metode 2 dari 2: Penentuan gaya tegangan sistem multi-string

1. 

   Gunakan katrol untuk menarik paket dalam arah paralel. Katrol adalah mesin mekanik sederhana yang terdiri dari piringan bundar yang mengubah arah gaya. Dalam sistem katrol sederhana, tali atau kabel naik ke atas katrol dan kemudian turun lagi, membentuk sistem dua kawat. Namun, tidak peduli seberapa kuat Anda menarik sebuah benda berat, tegangan kedua "senar" itu tetap sama. Dalam sistem yang terdiri dari 2 beban dan 2 string tersebut, gaya tegangan sama dengan 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), di mana "g" adalah percepatan gravitasi, "m₁"adalah massa benda 1, dan" m₂"adalah massa benda 2.
   • Catatan, biasanya dalam fisika kami akan menerapkan "katrol ideal" - tanpa berat atau massa yang tidak signifikan, tanpa gesekan, katrol tidak gagal atau jatuh dari mesin. Asumsi seperti itu akan lebih mudah dihitung.
   • Misalnya kami memiliki 2 beban yang tergantung vertikal pada 2 katrol. Bobot 1 bobotnya 10 kg, buah 2 bobotnya 5 kg. Gaya tegangan dihitung sebagai berikut:
     • T = 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁)
     • T = 2 (9,8) (10) (5) / (5 + 10)
     • T = 19,6 (50) / (15)
     • T = 980/15
     • T = 65.33 Tombol.
   • Perhatikan, karena ada satu beban dan satu lampu, maka sistem akan bergerak, bobot akan bergerak ke bawah dan bobot ringan akan sebaliknya.
2. Gunakan katrol untuk menarik paket dengan arah yang tidak sejajar Biasanya menggunakan katrol untuk mengatur arah naik atau turunnya benda. Tetapi jika, satu pemberat digantung dengan benar di salah satu ujung tali, yang lainnya pada bidang miring, maka kita akan memiliki sistem katrol non-paralel yang terdiri dari katrol dan dua beban. Gaya tarik sekarang akan memiliki efek tambahan dari gravitasi dan gaya tarik pada bidang miring.
   • Untuk berat vertikal 10 kg (m₁) dan beban pada bidang miring dengan berat 5 kg (m₂), bidang miring dibuat ke lantai dengan sudut 60 derajat (dengan asumsi bidang memiliki gesekan yang dapat diabaikan). Untuk menghitung gaya tegangan, pertama-tama cari perhitungan gaya gerak beban:
     • Bobot gantung lurus lebih berat, dan karena gesekan tidak diperhitungkan, sistem akan bergerak ke bawah searah bobot. Tegangan tali sekarang akan menariknya ke atas, jadi gaya gerak harus mengurangi tegangan: F = m₁(g) - T, atau 10 (9,8) - T = 98 - T.
     • Kita tahu bahwa beban pada bidang miring akan ditarik ke atas. Karena gesekan telah dieliminasi, tegangan menarik beban ke atas dan hanya bobot beban yang menariknya ke bawah. Komponen yang menurunkan bobot yang kita atur adalah sin (θ). Jadi dalam kasus ini, kami menghitung gaya berat sebagai: F = T - m₂(g) sin (60) = T - 5 (9,8) (.87) = T - 42,63.
     • Percepatan dua benda sama, kita punya (98 - T) / m₁ = T - 42,63 / m₂. Dari situ dihitung T = 79,54 Newton.

3. 

   Dimana banyak kabel menggantung benda yang sama. Terakhir, pertimbangkan sistem objek berbentuk "Y" - dua tali yang diikat ke langit-langit di ujung lainnya diikat dan diikat dengan kawat ketiga dan salah satu ujung tali ketiga menggantung beban. Tegangan string ketiga sudah tepat di depan kita - ini hanyalah gravitasi, T = mg. Gaya tegangan string 1 dan 2 berbeda dan tegangan totalnya harus sama dengan gaya gravitasi pada arah vertikal dan nol jika horizontal, dengan asumsi sistem diam. Ketegangan untuk setiap kawat dipengaruhi oleh berat dan sudut yang dibuat oleh setiap tali ke langit-langit.
   • Dengan asumsi bahwa sistem berbentuk Y kami yang menggantung di atasnya berbobot 10 kg, sudut yang dibuat oleh dua kabel dengan langit-langit adalah masing-masing 30 derajat dan 60 derajat. Jika kita ingin menghitung tegangan masing-masing kabel, kita harus mempertimbangkan tegangan horizontal dan vertikal masing-masing komponen. Selain itu, kedua string ini saling tegak lurus, membuatnya lebih mudah untuk dihitung dengan menerapkan sistem kuantum dalam segitiga:
     • Rasio T₁ atau T₂ dan T = m (g) sama dengan nilai sinus dari sudut yang dibuat oleh kabel yang sesuai dengan langit-langit. Kami mendapatkan T₁, sin (30) = 0,5, dan T₂, sin (60) = 0.87
     • Kalikan tegangan kabel ketiga (T = mg) dengan nilai sinus setiap sudut untuk mencari T₁ dan T₂.
     • T₁ = 0,5 × m (g) = 0,5 × 10 (9,8) = 49 Newton.
     • T₂ = 0,87 × m (g) = 0,87 × 10 (9,8) = 85,26 Newton.
   iklan