Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων: Εξαντλητική Ενόραση

Οι εξωτερικές και οι εσωτερικές δυνάμεις είναι οι δύο βασικές κατηγορίες των δυνάμεων. Οι εξωτερικές δυνάμεις ταξινομούνται περαιτέρω σε δυνάμεις επαφής και δυνάμεις χωρίς επαφή.

Όπως λέει και το ίδιο το όνομα, μια εξωτερική δύναμη είναι μια δύναμη που δρα σε ένα σύστημα περιβάλλοντας. Το σύστημα χρειάζεται δύναμη για να επιταχύνει ή να αλλάξει την κινητική του ενέργεια, το περιβάλλον παρέχει αυτή την εξωτερική δύναμη σε ένα σύστημα. Ας συζητήσουμε λεπτομερώς τα Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων.

Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων

Δύναμη τριβής

Όταν δύο κινούμενα σώματα εκτελούν κίνηση μεταξύ τους και οι επιφάνειες αυτών των δύο σωμάτων έρχονται σε επαφή, εμφανίζεται τριβή. Αυτή η τριβή ασκεί κάποια δύναμη και στα δύο σώματα και προσπαθεί να σταματήσει την κίνησή τους ή τα βοηθά να επιταχυνθούν.

Η τριβή είναι μια αυτορυθμιζόμενη εξωτερική δύναμη, επομένως προσαρμόζεται ανάλογα με την ανάγκη για κίνηση. Η τριβή είναι μια μη ισορροπημένη δύναμη και χωρίζεται κυρίως σε δύο τύπους.

  • Η στατική τριβή είναι η τριβή μεταξύ των επιφανειών δύο σωμάτων όταν τα σώματα δεν κινούνται μεταξύ τους. Η στατική τριβή εξαρτάται κυρίως από τη φύση του χαρακτήρα και την κανονική δύναμη. Εάν η επιφάνεια είναι λεία, η στατική τριβή είναι ελάχιστη και η τραχιά στατική τριβή είναι μέγιστη.
  • Κινητική τριβή – Είναι η τριβή μεταξύ δύο σωμάτων όταν βρίσκονται σε κίνηση. Όταν η εξωτερική δύναμη υπερβαίνει την τιμή της στατικής τριβής, το σώμα αρχίζει να κινείται και η τριβή μεταξύ επιφάνειας και σώματος μειώνεται. αυτή η μειωμένη τριβή είναι κινητική. Το μέγεθος του η κινητική τριβή είναι μικρότερη από τη στατική τριβή.
Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων
Πιστωτικά Εικόνα: Polyvore, Δημόσιος τομέας, μέσω Wikimedia Commons

Κανονική δύναμη  

Η κανονική δύναμη είναι η δύναμη που ασκεί το λουλούδι στο σώμα που στέκεται πάνω από αυτό το λουλούδι. ο μέγεθος της κανονικής δύναμης ισούται με το βάρος του σώματος και η διεύθυνση είναι κάθετη στην επιφάνεια πάνω στην οποία βρίσκεται το σώμα. Θεωρήστε ένα μπλοκ μάζας M σε μια οριζόντια επιφάνεια, την κατεύθυνση του η κανονική δύναμη είναι κάθετη στην επιφάνειακαι το μέγεθος της δύναμης που ασκείται σε αυτό το μπλοκ είναι,

CodeCogsEqn 1

Εδώ, N- κανονική δύναμη σε ένα μπλοκ

          Μ- Μάζα μπλοκ 

          ζ – Επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας της Γης

Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων
Πίστωση εικόνας: 老陳, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, μέσω του Wikimedia Commons

Δύναμη έντασης

Για να δημιουργήσουμε τάση στη χορδή, τεντώνουμε μια χορδή, ένα σχοινί ή ένα καλώδιο από δύο άκρες. Η ένταση παίζει καθοριστικό ρόλο στο τράβηγμα βαρέων βαρών ή στην ανάρτηση του βάρους σε ένα ορισμένο ύψος. Η ένταση είναι α δύναμη επαφής που εκπέμπει μέσω του σχοινιού ή του καλωδίου και τραβάει ή συγκρατεί το αντικείμενο.

Όταν τραβάμε ένα συγκεκριμένο αντικείμενο χρησιμοποιώντας σχοινί ή καλώδιο, μπορούμε να αλλάξουμε την κατεύθυνση της ασκούμενης δύναμης χρησιμοποιώντας μια τροχαλία και σε αυτό το σύστημα, η τάση και στις δύο πλευρές της χορδής είναι η ίδια. Εάν μια μάζα αναρτάται από μια οροφή χρησιμοποιώντας δύο σχοινιά και σε σταθερή κατάσταση, τότε σε αυτήν την αιτία, η τάση στη χορδή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το θεώρημα του Lami. Διαφορετικά, ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της τάσης.

Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων
Πίστωση εικόνας: FJGAR (BIS), CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, μέσω του Wikimedia Commons

Ασκούμενη δύναμη

Είναι μια εξωτερική δύναμη που εφαρμόζεται απευθείας σε ένα σώμα από ένα άτομο ή άλλο σώμα. Αυτή η δύναμη είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση ενός σώματος και αυτή η δύναμη είναι μη συντηρητική. Θεωρήστε ένα ξύλινο μπλοκ μάζας M σε οριζόντια επιφάνεια. Ένα μπλοκ χρειάζεται κάποια εξωτερική δύναμη για να μετακινηθεί από τη θέση του, οπότε όταν ασκούμε δύναμη σε ένα μπλοκ, αρχίζει να επιταχύνει προς την κατεύθυνση της δύναμης.

Στην καθημερινή ζωή, χρησιμοποιούμε αυτή τη δύναμη κυρίως για να σπρώξουμε ή να τραβήξουμε τα πράγματα από τη θέση τους. Μπορούμε να αποκτήσουμε μηχανικό πλεονέκτημα χρησιμοποιώντας απλές μηχανές όπως μοχλός και τροχός άξονα.

CodeCogsEqn 2

Όπου, m- μάζα αντικειμένου

α- επιτάχυνση του αντικειμένου

Αντίσταση αέρα

Τι συμβαίνει όταν ρίχνουμε ένα φτερό από ένα ορισμένο ύψος; Γιατί πέφτει πιο αργά από μια πέτρα ίδιου βάρους; Γιατί δεν μπορεί να πέσει κατευθείαν στο έδαφος; Η απάντηση σε όλα αυτά τα ερωτήματα είναι αντίσταση αέρα ή οπισθέλκουσα. Κάθε φορά που ένα αντικείμενο πέφτει από ορισμένο ύψος ή κινείται με συγκεκριμένη ταχύτητα, ο αέρας ασκεί μια δύναμη αντίστασης σε ένα αντικείμενο στην αντίθετη κατεύθυνση της κίνησης. του η δύναμη αντίστασης ονομάζεται αέρας αντίσταση

Η αντίσταση του αέρα είναι επίσης μια εξωτερική δύναμη, επομένως είναι μια μη συντηρητική και διασκορπιστική δύναμη στη φύση. Οι ουρανοξύστες όπως ο Μπουρτζ Χαλίφα αντιμετωπίζουν επίσης αντίσταση αέρα, επομένως για να αποφευχθεί αυτή η αντίσταση, κατασκευάζονται δομές έτσι ώστε η αντίσταση του αέρα να είναι ελάχιστη.

Για τον υπολογισμό της αντίστασης του αέρα χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι τύποι:

CodeCogsEqn 3

Όπου c – σταθερά δύναμης

V – η ταχύτητα ενός αντικειμένου

Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων
Πιστωτικά Εικόνα: Jacopo Bertolotti, CC0, μέσω Wikimedia Commons

Ανευτική δύναμη  

Έχετε σκεφτεί ποτέ γιατί νιώθουμε πιο ανάλαφροι στο νερό παρά στο έδαφος; Συμβαίνει επειδή το νερό ασκεί πίεση στην επιφάνεια του σώματος. Καθώς πηγαίνουμε πιο βαθιά στο νερό, η πίεση αρχίζει να αυξάνεται. Η πίεση στο κάτω μέρος του βυθισμένου σώματος είναι υψηλότερη από το πάνω μέρος και λόγω αυτής της διαφοράς πίεσης, το σώμα ωθείται προς την επιφάνεια του νερού.

η έκφραση για άνωση δύναμη είναι,

CodeCogsEqn 4

Όπου ρ- πυκνότητα ρευστού

ζ- επιτάχυνση λόγω βαρύτητας

Vf-όγκος εκτοπισμένου υγρού

Παραδείγματα Εξωτερικών Δυνάμεων
Πίστωση εικόνας: Luis Javier Rodriguez Lopez, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, μέσω του Wikimedia Commons

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η εσωτερική δύναμη;

Οι δυνάμεις χωρίζονται σε εσωτερικές και εξωτερικές δυνάμεις με βάση την αλληλεπίδρασή τους με το σύστημα

 Η δύναμη που δρα στο σύστημα εσωτερικά και προκαλεί αλλαγή στο σύστημα ή αντιτίθεται στην αλλαγή του συστήματος από μια εξωτερική δύναμη ονομάζεται εσωτερική δύναμη. Οι εσωτερικές δυνάμεις παράγονται μέσα στο σύστημα και δεν μπορούν να προκαλέσουν μια εξωτερική αλλαγή σε ένα σύστημα όπως η επιτάχυνση του συστήματος ή η αλλαγή της κινητικής ενέργειας του συστήματος.

Γιατί οι εξωτερικές δυνάμεις είναι μη συντηρητικές;

Ο λόγος πίσω από τις εξωτερικές δυνάμεις, που ονομάζονται επίσης μη συντηρητικές δυνάμεις, είναι ο ακόλουθος

Οι εξωτερικές δυνάμεις εξαρτώνται από τη διαδρομή με την οποία συμβαίνει η κίνηση ενός συστήματος, επομένως δεν έχουν δυναμική ενέργεια. Ομοίως, οι εξωτερικές δυνάμεις είναι διασκορπιστικές, πράγμα που σημαίνει ότι, κατά τη διάρκεια της περιόδου, το σύστημα χάνει ενέργεια, επομένως η ενέργεια του συστήματος δεν διατηρείται. Ως εκ τούτου ονομάζονται και μη συντηρητικές δυνάμεις.

Είναι η βαρύτητα εξωτερική δύναμη;

Η εσωτερική και εξωτερική δύναμη εξαρτάται από το υπό μελέτη σύστημα

Η βαρυτική δύναμη είναι η ελκτική δύναμη μεταξύ δύο σωματιδίων ενός συστήματος. Στη βαρυτική δύναμη, μελετάμε την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο ή περισσότερων σωματιδίων. Επίσης, η συνολική ενέργεια διατηρείται στη βαρυτική δύναμη. Εξ ου και η βαρύτητα μια εσωτερική δύναμη.

Διαβάστε επίσης: