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平衡和自由体图

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平衡是在经典力学中的特殊情况,但是在日常生活中无处不在而自由体图帮助破译目前的基本力量。

系统处于平移平衡如果受力平衡,净力是零。如果净扭矩, t,是零,也可以在旋转系统中建立平衡。

除了这些静态平衡的情况下系统休息时,动态均衡意味着系统是移动,但经历没有线性加速度或角加速度。

现在,即使系统处于平衡状态,大量的个人力量或扭矩可以作用在它上面,和自由体图 — — 组成的简单形状和箭头 — — 往往实施以概念化这些部队和/或系统力矩。

本试验主要目的是了解各种力影响下的多个组件构成的一个系统的平衡。

分析之前这个复杂的系统,让我们重温平衡和自由体图的概念。正如前面提到的平衡发生在平移系统中,如弹簧,当恢复力平衡引力的重量。在旋转系统中,建立例子时重量附加到自由旋转梁,平衡时的扭矩可以互相平衡。请注意,对旋转轴的扭矩是逆时针方向旋转的积极和消极为顺时针旋转。

在这些情况下,净力或力矩等于零,因此没有角度或线性加速度存在。每牛顿第一定律,因为这些系统处于静力平衡他们必须保持静止。

尽管没有净力或扭矩,多个部队按这些系统内的对象。为了理解的力和力矩平衡系统经常绘制自由体图或内力图。

每个贡献力或扭矩是由其大小和方向完全描述问题矢量箭头表示的。通过矢量加法,证明翻译系统是处于平衡状态。同样,由会计相对于轴的扭矩方向,旋转系统也是处于平衡状态。

现在,想象一下这样重的梁中心束本身是由两个弹簧暂停其两端结合这些系统。该系统很复杂,但可以通过使用两个单独的自由体图理解。平移系统包括重量和左、 右弹簧的恢复力,简称 FL,FR,分别。

由于该系统处于平衡状态的佛罗里达州和 FR 强弱的总和应等于重量数量级。这个方程描述了过渡的平衡。

旋转系统,而不是部队有扭矩。记得,扭矩被定义为时间距离r从旋转轴力的垂直力。因为重量定位在轴的旋转,它施加没有对梁的扭矩。弹簧在这种情况下,垂直的部队却是恢复力,而r是从重量的各自的距离。

现在再一次,因为系统处于平衡状态,这些力矩的大小,应该一律平等和这个等式说明了转动平衡。

从中心移动重量导致梁倾斜。对于平移系统,恢复力的总和是重量的仍然相等,方向相反。因此,方程为平移平衡 — — 处理这些力 — — 保持不变。

对于旋转系统,倾斜的角度 θ 更改部队在春天扭矩为各自的恢复力的余弦分量。旋转臂的长度也改变。然而,重量仍然在旋转轴,因此产生无力矩在横梁上。

因为这个系统也是处于平衡状态,应用弹簧扭矩的大小应该是相同的。取消了余弦 θ,结果在相同的转动平衡公式。

现在,你理解的平衡原则,让我们将这些概念应用于经验力和力矩的系统。这项实验由一根米尺,两个弹簧秤,两个看台和能够被暂停从米尺的不同质量的两个砝码。

开始,这两个的地方站着一米外上表以确保他们的安全。暂停从,每个站的弹簧秤和一根米尺每一端连接到弹簧秤的底部。

接下来,将至少有巨大的重量附加到米棍子中途岛之间弹簧秤。与下平移和旋转的平衡系统,计算在计程表上的单个作用力坚持和记录它们。

读取的值对每个弹簧秤和记录这些恢复弹簧施加的力。

现在转向左边使左的旋转臂 0.3 m 体重 0.2 m 和右旋转臂 0.7 m.重复的个人力量和春天规模测量计算。

最后,把重量转移到左额外的 0.2 m 和执行力的计算和春天规模测量。对于更大规模的重量重复此平衡实验。

米尺上的个别作用力包括引力的附加重量和弹簧恢复力。当看着自由体图下平移和旋转的平衡系统,两个方程可以用于确定两个未知的恢复力。

当重量是弹簧之间的中途,旋转武器是相同的。因此,每个恢复力应等于一半的重量。实验时的重量一个从中心,恢复力取决于他们各自旋转武器的比例。

这些计算的值可以相比从春天规模测量确定的恢复力。值之间的差异是实验的内测量误差。因此,通过调用平衡条件,恢复力可以确定与质量的重量和长度的旋转武器知识。

平衡的基本原则是无价的当工程师们正在设计我们每天使用的结构。

一座桥而不断体验,大部队总是处于静力平衡和从它本身的重量和跨它移动的负载力矩。因此,建设一座吊桥,像在三藩市金门需要重大结构工程努力,以确保即使在交通拥挤的时期维持平衡

同样,摩天大楼有一个复杂的系统的钢梁下巨大的力量,一共组成一个刚性系统处于静力平衡。因此,均衡背后的概念理解有助于确定施工参数,建筑师,这些结构可以承受一定量的扭矩,特别是在地震多发区。

你刚看了朱庇特的简介平衡。你现在应该明白均衡的原则和如何自由体图可以用于确定的力和力矩平衡系统中作出贡献。谢谢观赏 !

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