Princip om överförbarhet av styrkor (med lösta övningar)

Principen för kraftöverförbarhet indikerar att jämvikten eller rörelsen hos en styv kropp inte förändras om en viss kraft som verkar på en viss punkt i kroppen ersätts av en annan. För att detta ska beaktas måste två lokaler vara uppfyllda.

Den första förutsättningen är att den nya kraften är av samma storleksordning, och den andra är att samma riktning tillämpas, även om den ligger på en annan punkt i kroppen. De två krafterna har samma resultat på en styv kropp; därför är de likvärdiga krafter.

Sålunda bekräftar principen om överförbarhet att en kraft kan överföras i samma riktning. På samma sätt bör det noteras att den mekaniska effekten av kraft kan vara både rotation och översättning. Ett praktiskt exempel på betydelsen av principen om överförbarhet ges när en kropp drivs eller dras.

Om värdet av kraften med vilken kroppen dras eller skjuts är densamma, och båda krafterna appliceras i samma riktning är den resulterande rörelsen exakt densamma. På detta sätt, för rörelsens syfte är resultatet detsamma, tryck eller dra kroppen.

Starka kroppar

Den kallas en styv kropp (som inte deformeras) till någon kropp som inte lider av deformationer när en yttre kraft appliceras på den.

Tanken med styv kropp slutar inte att vara en matematisk idealisering som är nödvändig för studier av rörelse och orsakerna till kroppens rörelse.

En mer exakt definition av en styv kropp är vad som definieras som ett system av materiella punkter, där avståndet mellan kroppens olika punkter inte modifieras av ett styrsystem.

Sanningen är att verkliga kroppar och maskiner aldrig är helt styva och upplever deformationer, även minimalt, under de krafter och avgifter som tillämpas på dem.

Begränsningar av principen om överförbarhet

Principen om överförbarhet innehåller vissa begränsningar. Det första och mest uppenbara är att den applicerade kraften eller krafterna verkar på en deformerbar kropp. I det fallet kommer kroppens deformation att vara annorlunda beroende på kraven.

En annan begränsning är den som kan ses i följande fall. Antag att två krafter appliceras horisontellt på kroppens ändar, både i samma riktning men i motsatt riktning.

Enligt överförbarhetsprincipen kan de två krafterna ersättas av två nya krafter som appliceras i samma riktning, men i motsatta riktningar till de ursprungliga.

För interna ändamål skulle substitutionen inte ha någon konsekvens. Men för en yttre observatör skulle en grundläggande förändring ha ägt rum: i ett fall skulle de applicerade krafterna vara spända, och i en annan skulle de vara av förståelse.

Därför är det klart att principen om överförbarhet endast kan tillämpas från hypotesen av dess tillämpning på idealiska styva fasta substanser och ur en intern observatörs perspektiv.

exempel

Första exemplet

Ett praktiskt fall för tillämpning av principen om överförbarhet sker när du vill flytta en bil till en grupp människor.

Bilen kommer att röra sig på samma sätt vare sig de trycker på den eller drar den framåt, så länge som man använder kraft på samma raka linje.

Andra exemplet

Ett annat enkelt exempel där principen om överförbarhet är uppfylld är den hos remskivan. För rörelsens ändamål är punkten på repet som kraften appliceras på likgiltigt, så länge som samma mängd kraft appliceras. På så sätt påverkar den inte rörelsen om strängen är mer eller mindre omfattande.

Lösta övningar

Övning 1

Ange om principen om överförbarhet är uppfylld i följande fall:

Första fallet

En kraft på 20 N applicerad horisontellt på en styv kropp ersätts av en annan kraft på 15 N som appliceras på en annan punkt i kroppen, även om båda gäller i samma riktning.

lösning

I detta fall kommer principen om överförbarhet inte att uppfyllas eftersom, även om de två krafterna appliceras i samma riktning, har den andra kraften inte samma storleksordning som den första. Därför är en av de oumbärliga förutsättningarna för överförbarhetsprincipen inte uppfylld.

Andra fallet

En kraft på 20 N appliceras horisontellt på en styv kropp av en annan också 20 N, applicerad på en annan punkt i kroppen och vertikalt ersatt.

lösning

Vid detta tillfälle är principen om överförbarhet inte uppfylld, eftersom de två krafterna har samma modul, gäller de inte i samma riktning. Återigen är en av de oumbärliga förutsättningarna för överförbarhetsprincipen inte uppfylld. Det kan bekräftas att de två krafterna är likvärdiga.

Tredje fallet

En kraft på 10 N appliceras horisontellt på en styv kropp av en annan också av 10 N applicerad på en annan punkt i kroppen, men i samma riktning och känsla.

lösning

I detta fall är principen om överförbarhet uppfylld, eftersom de två krafterna är av samma storleksordning och appliceras i samma riktning och mening. Alla nödvändiga förutsättningar för överförbarhetsprincipen är uppfyllda. Det kan bekräftas att de två krafterna är likvärdiga.

Fjärde fallet

En kraft glider i riktning mot dess åtgärdslinje.

lösning

I detta fall uppfylls principen om överförbarhet med tanke på att, med samma kraft, förändras kraften av den applicerade kraften och det glider i dess handlingslinje. Återigen uppnås alla nödvändiga förutsättningar för överförbarhetsprincipen.

Övning 2

Två externa krafter appliceras på en styv kropp. De två krafterna appliceras i samma riktning och i samma riktning. Om den första modulen är 15 N och den andra av 25 N, vilka villkor måste en tredje extern kraft som ersätter den som följer av de två tidigare uppfyller principen om överförbarhet?

lösning

Å ena sidan måste värdet av den resulterande kraften vara 40 N, vilket är ett resultat av att man tillför modulen för de två krafterna.

Å andra sidan måste den resulterande kraften agera vid vilken som helst punkt på den raka linjen som sammanfogar de båda krafternas appliceringspunkter.