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Diagrammi di equilibrio e corpo libero

Panoramica

Fonte: Ketron Mitchell-Wynne, PhD, Asantha Cooray, PhD, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Scuola di Scienze Fisiche, Università della California, Irvine, CA

L'equilibrio è un caso speciale in meccanica che è molto importante nella vita di tutti i giorni. Si verifica quando la forza netta e la coppia netta su un oggetto o un sistema sono entrambe pari a zero. Ciò significa che sia le accelerazioni lineari che quelle angolari sono zero. Quindi, l'oggetto è a riposo, o il suo centro di massa si muove a velocità costante. Tuttavia, questo non significa che nessuna forza agisca sugli oggetti all'interno del sistema. In effetti, ci sono pochissimi scenari sulla Terra in cui nessuna forza agisce su un dato oggetto. Se una persona attraversa un ponte, esercita una forza verso il basso sul ponte proporzionale alla sua massa, e il ponte esercita una forza verso l'alto uguale e opposta sulla persona. In alcuni casi, il ponte può flettersi in risposta alla forza verso il basso della persona, e in casi estremi, quando le forze sono abbastanza grandi, il ponte può diventare gravemente deformato o addirittura fratturarsi. Lo studio di questa flessione di oggetti in equilibrio si chiama elasticità e diventa estremamente importante quando gli ingegneri progettano edifici e strutture che usiamo ogni giorno.

Procedura

1. Osservare l'equilibrio in un sistema statico e verificare che la somma delle forze e delle coppie sia zero. Confermare le costanti di molla k utilizzate nel sistema.

  1. Ottenere un metro a bastone, due bilance a molla con costanti di molla note, due supporti per sospendere le molle da, due pesi di masse diverse e un meccanismo per sospendere i pesi dal bastone del metro.
  2. Fissare i due supporti al tavolo, a 1 m di distanza.
  3. Attaccare le molle ai supporti.
  4. Attaccare la molla

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Risultati

I risultati rappresentativi dell'esperimento sono riportati nella Tabella 1. La forza esercitata sulle due molle dalla massa sospesa è indicata dalle loro posizioni: sinistra e destra, indicate dai pedice L e R. Poiché ci sono due incognite in questo esperimento, FLe FR, sono necessarie due equazioni per risolverle. Pertanto, le equazioni 1..

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EquilibriumFree body DiagramsClassical MechanicsForcesBalanced ForcesNet ForceTranslational EquilibriumRotational EquilibriumNet TorqueStatic EquilibriumDynamic EquilibriumLinear AccelerationAngular AccelerationIndividual ForcesTorquesConceptualize Forces And TorquesMultiple ComponentsVarious ForcesLoaded SpringGravitational WeightFreely Rotating Beam

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0:02

Overview

1:18

Principles of Equilibrium and Free-body Diagrams

5:01

Determining Forces and Torques in Equilibrium

6:30

Data Analysis and Results

7:38

Applications

8:40

Summary

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