Lo stato di equilibrio della fisica differisce leggermente da quello della chimica. L'equilibrio si presenta in due forme: statica e dinamica. Quindi, consideriamo uno di loro: equilibrio dinamico.
Si dice che un sistema o un oggetto è in equilibrio dinamico quando due o più processi avvengono simultaneamente ma non hanno alcun effetto netto l'uno sull'altro. Quando non c'è un'influenza netta dei processi l'uno sull'altro, l'oggetto si muove in un movimento costante, o più precisamente, con accelerazione zero e forza netta zero.
Dopo aver saputo cos'è esattamente l'equilibrio dinamico, vediamo ora come e quando trovare l'equilibrio dinamico con alcuni problemi risolti in modo approfondito in questo articolo.
Quando trovare l'equilibrio dinamico?
Un sistema in equilibrio dinamico all'inizio sembra statico, ma un processo più profondo e opposto lavora per mantenerlo microstato stabile. Quindi, facci sapere quando è richiesto l'equilibrio dinamico.
Quando un particolare oggetto è in movimento, è importante trovare l'equilibrio dinamico. Il principio dell'equilibrio dinamico viene utilizzato nella creazione di materiali di sollevamento come molle, funi, ecc. Gli ingegneri utilizzano questo concetto per determinare le forze che agiscono su di esso mentre costruiscono altre strutture ad esso correlate.
Come trovare l'equilibrio dinamico?
La nostra vita quotidiana può trarre grandi benefici dall'equilibrio dinamico. Alla luce di ciò, sappiamo come trovare l'equilibrio dinamico.
Quando si considerano le forze reali, il Il principio di D'Alembert viene applicato per calcolare l'equilibrio dinamico di qualsiasi sistema. Come da esso, la differenza tra il forza netta agendo su un sistema o corpo di particelle di massa e la derivata temporale della quantità di moto è zero quando viene proiettata su qualsiasi spostamento virtuale.
Strategia per trovare l'equilibrio dinamico
- Calcola la forza applicata a ciascuna particella del corpo in Equilibrio dinamico.
- Poiché il sistema è in uno stato di equilibrio dinamico, identificare la forza esercitata sul corpo come risultato del suo movimento traslatorio, moto rotatorio, o entrambi.
- L'equazione che ne risulta fornisce le condizioni necessarie per un sistema di equilibrio dinamico.
Qual è la formula dell'equilibrio dinamico?
L'equazione e il principio di D'Alembert sono impiegati per determinare l'equilibrio dinamico. Diamo quindi un'occhiata alla formula utilizzata per determinare l'equilibrio dinamico del sistema.
Quella che segue è una rappresentazione matematica del principio di D'Alembert:
⅀i (Fi - Miai) ????Ri =0
Dove,
i : L'integrale utilizzato per identificare la variabile nel sistema che corrisponde a una particella specifica
Fi : La forza totale che è stata applicata al ith particella
mi : Messa del ith particella
ai : Accelerazione del ith particella
????Ri : Lo spostamento virtuale del ith particella
& miai : La rappresentazione della derivata temporale.
Srisolti Problemi di equilibrio dinamico
1. Qual è la quantità netta di forza che agisce su un'auto che viaggia a una velocità costante di 70 km/h su una strada rettilinea?
Dato:
Velocità di un'auto v = 70 km/h = 19.44 m/s
Trovare:
Forza netta che agisce su un'auto F =?
Soluzione:
Poiché la velocità dell'auto è costante, l'accelerazione di un'auto a = 0 m/s2
Così, ma = 0 N ………..(1)
Il principio di D'Alembert è dato da:
⅀i (Fi - Miai) ????Ri = 0 ……….(2)
Così,
(F – ma) = 0
Mettendo il valore dell'equazione (1) nell'equazione sopra otteniamo la forza netta:
F = 0
Di conseguenza, la somma di tutte le forze che agiscono sull'auto è bilanciata e deve essere zero. Ne consegue che l'auto è in equilibrio dinamico.
2. Trovare la condizione per l'equilibrio dinamico per il blocco che si muove verso l'alto a una velocità costante mostrata nella figura seguente.
Soluzione:
Poiché il blocco è in equilibrio dinamico, la forza netta che agisce su un blocco deve essere zero. Così,
Frete =Fx + Fy = 0 ……….(1)
Poiché nessuna forza agisce su un blocco orizzontalmente, la forza netta nella direzione x è zero. Possiamo quindi scrivere:
Fx = 0 ……….(2)
Mentre nella direzione y, la forza di tensione T sulla fune è in una direzione verso l'alto, e la forza gravitazionale mg a causa della sua massa è in una direzione verso il basso. Di conseguenza, la forza netta che agisce nella direzione y può essere data come segue:
Fy = T – W = T – mg ……….(3)
Mettere i valori dell'equazione (2) e (3) nell'equazione (1):
Fx + Fy = 0 + T – mg = 0
∴ T =mg
If T > mg, il blocco accelererebbe verso l'alto. Se T < mg, il blocco decelererebbe e rallenterebbe man mano che si spostava verso l'alto e, alla fine, si fermerebbe.
Così, T =mg è la condizione richiesta quando un determinato blocco è in equilibrio dinamico.
3. Come si vede nella figura seguente, quando la scatola viene trascinata, si muove nella direzione x a velocità costante. Determinare le condizioni per l'equilibrio dinamico.
Soluzione:
Poiché la scatola è in equilibrio dinamico, la forza netta che agisce su di essa sarebbe zero.
Forza netta in direzione X:
Fx = T cos ???? - Fk = 0 ………..(1)
Dove, fk è la forza di attrito cinetico
Forza netta in direzione Y:
Fy = N +T peccato ???? - Fk = 0 ……….(2)
Pertanto, l'equazione (1) e (2) sono le condizioni richieste affinché la scatola raggiunga l'equilibrio dinamico.
4. Determinare la forza di trazione di un blocco di massa 10 g che si muove verticalmente verso l'alto a velocità costante.
Dato:
Massa del blocco m = 10 g = 0.01 kg
Trovare:
Forza di trazione che agisce su un blocco T = ?
Soluzione:
Di conseguenza, si dice che il blocco sia in “equilibrio dinamico”, mentre si muove velocità costante. Pertanto, per la condizione di equilibrio dinamico del blocco è:
T =mg
Dove g è l'accelerazione gravitazionale (9.8 m/s2)
∴ T = 0.01 X 9.8
∴ T = 0.098 N
Pertanto, la forza di tensione di un dato blocco è 0.098 N.
Conclusione:
Possiamo concludere da questo articolo che un sistema o un corpo avrà una velocità costante quando è in equilibrio dinamico poiché non vi sarà alcuna forza netta che agirà su di esso. Inoltre, il principio di D'Alembert viene utilizzato per trovare l'equilibrio dinamico quando si tratta di forze reali.
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