VOIMIEN SIIRRETTÄVYYSPERIAATE (RATKAISTU HARJOITUS) - FYYSINEN - 2026

Periaate läpäisevyys voimien osoittaa, että tasapaino tai liikkeen tilanne jäykän kappaleen ei muutu, vaikka tietty voima, joka vaikuttaa tiettyyn kohtaan kehossa on korvattu toisella. Jotta tätä voidaan pitää tällä tavalla, kahden edellytyksen on oltava täyttyneet.

Ensimmäinen lähtökohta on, että uusi voima on saman suuruinen, ja toinen on, että sama suunta kohdistuu, vaikka se olisi kehon eri pisteessä. Näillä kahdella voimalla on sama tulos jäykässä rungossa; siksi ne ovat vastaavia voimia.

Siten läpäisevyyden periaate vahvistaa, että voima voidaan siirtää samaan suuntaan. Samoin on huomattava, että voiman mekaaninen vaikutus voi olla sekä pyörivä että translaatio. Käytännöllinen esimerkki läpäisevyyden periaatteen merkityksestä on, kun vartaloa työnnetään tai vedetään.

Jos voiman arvo, jolla vartaloa vedetään tai työnnetään, on sama ja molemmat voimat kohdistetaan samaan suuntaan, tuloksena oleva liike on täsmälleen sama. Siksi liikettä varten tulos on sama, riippumatta siitä, työnnetäänkö vai ruumiin vartaloa.

Jäykät rungot

Jäykkä runko (joka ei deformoidu) on mikä tahansa kappale, joka ei läpi muodonmuutoksia, kun siihen kohdistetaan ulkoinen voima.

Ajatus jäykästä vartalosta on edelleen matemaattinen idealisointi, jota tarvitaan liikkeen ja kehon liikkumisen syiden tutkimiseen.

Jäykän rungon tarkempi määritelmä on se, joka määrittelee sen materiaalipistejärjestelmänä, jossa kehon eri kohtien välistä etäisyyttä ei muuteta voimajärjestelmän vaikutuksella.

Totuus on, että oikeat rungot ja koneet eivät ole koskaan täysin jäykkiä ja kokevat muodonmuutoksia, jopa minimaalisesti, niihin kohdistuvien voimien ja kuormien vaikutuksesta.

Siirtokelpoisuusperiaatteen rajoitukset

Siirtokelpoisuuden periaatteella on joitain rajoituksia. Ensimmäinen ja ilmeisin on siinä tapauksessa, että kohdistettu voima tai voimat vaikuttavat muodonmuutoskappaleeseen. Tällöin rungon muodonmuutos on erilainen voimien kohdistuskohdasta riippuen.

Toinen rajoitus on se, mitä voidaan nähdä seuraavassa tapauksessa. Oletetaan, että kaksi voimaa kohdistuu vaakasuoraan rungon päihin, molemmat samaan suuntaan, mutta vastakkaiseen suuntaan.

Läpäisevyyden periaatteen mukaan nämä kaksi voimaa voidaan korvata kahdella uudella voimalla, jotka kohdistuvat samaan suuntaan, mutta vastakkaisiin suuntiin kuin alkuperäiset.

Sisäisissä tarkoituksissa korvaamisella ei olisi vaikutusta. Ulkopuoliselle tarkkailijalle olisi kuitenkin tapahtunut perustavanlaatuinen muutos: yhdessä tapauksessa sovelletut voimat olisivat jännitteitä, ja toisessa he olisivat ymmärtäviä.

Siksi on selvää, että läpäisevyyden periaatetta voidaan soveltaa vain olettamalla sen soveltamisesta ihanteellisiin jäykkiin kiinteisiin aineisiin ja sisäisen tarkkailijan näkökulmasta.

esimerkit

Ensimmäinen esimerkki

Läpäisevyyden periaatteen soveltaminen tapahtuu käytännössä, kun haluat siirtää autoa ihmisryhmän toimesta.

Auto liikkuu samalla tavalla riippumatta siitä, työnnetäänkö tai vedetäänkö sitä eteenpäin, kunhan ihmiset käyttävät voimaa samalla suoraviivalla.

Toinen esimerkki

Toinen yksinkertainen esimerkki, jossa läpäisevyyden periaate täyttyy, on hihnapyörä. Liikkeitä varten merkkijonon kohta, johon voima kohdistetaan, on välinpitämätön, kunhan sama voima kohdistuu. Tällä tavalla se ei vaikuta liikkeeseen, jos köysi on enemmän tai vähemmän pitkä.

Ratkaistuja harjoituksia

Harjoitus 1

Ilmoitetaan, noudatetaanko siirrettävyyden periaatetta seuraavissa tapauksissa:

Ensimmäinen tapaus

Vaakasuoraan jäykkään varteen kohdistettu 20 N voima korvataan toisella rungon pisteellä kohdistetulla toisella 15 N voimalla, vaikka molemmat kohdistuvat samaan suuntaan.

Ratkaisu

Tässä tapauksessa läpäisevyyden periaatetta ei noudateta, koska vaikka molemmat voimat kohdistuvat samaan suuntaan, toisella voimalla ei ole yhtä suuri arvo kuin ensimmäisellä. Siksi yhtä läpäisyperiaatteen välttämättömistä ehdoista ei ole.

Toinen tapaus

Vaakasuoraan jäykkään varteen kohdistettu 20 N voima korvataan toisella myös 20 N voimalla, joka kohdistuu vartalon toiseen kohtaan ja pystysuoraan.

Ratkaisu

Tällöin siirrettävyyden periaatetta ei noudateta, koska vaikka molemmilla voimilla on sama moduuli, niitä ei sovelleta samaan suuntaan. Jälleen kerran, yhtä läpäisyperiaatteen välttämättömistä ehdoista ei ole. Voidaan sanoa, että nämä kaksi voimaa ovat vastaavat.

Kolmas tapaus

Jäykälle rungolle vaakatasoon kohdistuva 10 N voima vaihdetaan myös toiseen rungon toiseen kohtaan kohdistuvaan 10 N voimaan, mutta samaan suuntaan ja suuntaan.

Ratkaisu

Tässä tapauksessa läpäisevyyden periaate täyttyy, koska nämä kaksi voimaa ovat saman suuruiset ja niitä käytetään samaan suuntaan ja suuntaan. Kaikki siirrettävyysperiaatteen välttämättömät ehdot täyttyvät. Voidaan sanoa, että nämä kaksi voimaa ovat vastaavat.

Neljäs tapaus

Voima liukuu toiminta linjasi suuntaan.

Ratkaisu

Tässä tapauksessa läpäisevyyden periaate täyttyy, koska koska se on sama voima, käytetyn voiman suuruus ei muutu ja se liukuu toimintasuunnassaan. Jälleen kaikki siirrettävyysperiaatteen välttämättömät ehdot täyttyvät.

Harjoitus 2

Kaksi ulkoista voimaa kohdistetaan jäykkään runkoon. Kaksi voimaa kohdistetaan samaan suuntaan ja samaan suuntaan. Jos ensimmäisen moduuli on 15 N ja toisen moduuli on 25 N, mitä ehtoja kolmannen ulkoisen voiman, joka korvaa kahden edellisen tuloksen, on täytettävä läpäisevyyden periaatteen täyttämiseksi?

Ratkaisu

Toisaalta syntyvän voiman arvon on oltava 40 N, mikä on seurausta kahden voiman moduulin lisäämisestä.

Toisaalta syntyvän voiman on toimittava missä tahansa pisteessä suorassa linjassa, joka yhdistää näiden kahden voiman kaksi kohdistuspistettä.

Viitteet

1. Jäykkä runko (nd). Wikipediassa. Haettu 25. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
2. Voima (toinen). Wikipediassa. Haettu 25. huhtikuuta 2018, en.wikipedia.org.
3. Cutnell, John D.; Johnson, Kenneth W. (2003). Fysiikka, kuudes painos. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc.
4. Corben, HC; Philip Stehle (1994). Klassinen mekaniikka. New York: Dover-julkaisut.
5. Feynman, Richard P.; Leighton; Sands, Matthew (2010). Feynmanin fysiikan luennot. Osa I: Pääasiassa mekaniikka, säteily ja lämpö (New millennium ed.). New York: Peruskirjat.