التوتر السلبي: ماذا ، لماذا ، متى ، أمثلة ، كيف تجد


في هذه المقالة سوف نناقش ما هو التوتر السلبي ، عندما يتعلق الأمر بالصورة ، وكيفية العثور عليه مع الأمثلة.

يأتي التوتر السالب في الفعل إذا كانت قوة الشد عبر الخيط أقل من وزن الكتلة المرتبطة به. هذا صحيح أيضًا ، أن التوتر يعمل عبر الوتر ، مما يجعله زوجًا من التفاعل والتفاعل ، لذلك إذا أخذنا في الاعتبار التوتر الإيجابي في المحور الموجب ، فيجب أن يكون التوتر في الاتجاه المعاكس توترًا سلبيًا.

ما هو التوتر السلبي؟

يتم بذل الجهد في جميع أنحاء الزنبرك أو الحبل أو الأوتار ، ويختلف تبعًا للكتلة والموقع وأنواع القوى التي يتعرض لها الجسم المرتبط به.

إذا كان تأثير شد الخيط على الجسم أقل مقارنة بوزن الجسم الذي تم ربط الخيط به ، أي W> T ، فإن التوتر على الخيط يكون سالبًا.

دعونا نفهم الشرط الصحيح ليكون التوتر سالبًا وكيف يختلف عن الأمثلة الأخرى. يعمل الشد الموجب بشكل معاكس تمامًا لوزن الجسم المرتبط به إذا كان الجسم ثابتًا عند نقطة ما.

ضع في اعتبارك كائنًا كتلته 'm' مرتبطًا بسلسلة. هناك قوة ناتجة عن وزن الكتلة تعمل باتجاه الأسفل ، وبالتالي فإن الشد الموجود على الخيط يعمل باتجاه الأعلى عبر الخيط.

مخطط الجسم الحر

القوة الكلية على الجسم هي

F = T-mg

تعمل القوة الناتجة عن الوزن في اتجاه y سلبي ، ومن هنا تأتي الإشارة السالبة.

الآن ، تسارع الجسم أيضًا في الاتجاه السالب y لأن الجسم يتسارع لأسفل.

ومن ثم ، لدينا ،

-ma = T-mg

لذلك ، التوتر في الخيط

T = mg-ma

T = م (جا)

من المعادلة أعلاه ، يمكننا القول أن الشد يكون سالبًا إذا كان a> g. لكن هذه ليست حالة صالحة. دعونا نرى المزيد في هذه المقالة ، حيث يمكننا أن نجد توترًا سلبيًا.

قراءة المزيد عن توتر بين كتلتين: كيانات متعددة وأمثلة مشكلة.

متى يكون التوتر سلبيا؟

يتم فرض الشد على الخيط في الاتجاه المعاكس للقوة المؤثرة بسبب وزن الجسم.

يمكن اعتبار التوتر السلبي مثل تسارع الجسم بسبب قوة الضغط، وهي حالة يتم فيها بذل كل من وزن الجسم والشد في نفس الاتجاه.

سيكون التوتر سالبًا في الحالات الثلاث التالية التي سنناقشها أدناه.

الحالة 1: عندما يتسارع الجسم لأسفل

ضع في اعتبارك جسمًا كتلته 'م' مرتبطًا بسلسلة تتسارع إلى أسفل. يعمل الشد الموجود على الخيط أيضًا في الاتجاه السالب للمحور y.

التوتر السلبي
مخطط الجسم الحر

معادلة القوة في الرسم البياني أعلاه هي

F = -T- ملغ

-ma = -T-mg

T = م (أغ)

اذا كان

ثم T = -ve أو T = -mg

الحالة 2: عندما يتسارع الجسم لأعلى

ضع في اعتبارك جسمًا كتلته "م" يتسارع لأعلى. كما أن الشد الموجود على الخيط يتحرك نحو الأسفل.

التوتر السلبي
مخطط الجسم الحر

معادلة القوة في الرسم البياني أعلاه هي

F = -T- ملغ

أماه = -T- ملغ

T = -m (أ + ز)

هنا ، في هذه الحالة ، من الواضح أن التوتر سلبي.

الحالة 3: جسم في محور عمودي بدون تسارع

تخيل جسمًا يتسارع في المحور الرأسي بمساعدة حبل. سيختبر الكائن قوة الجاذبية. دعونا نرسم مخطط الجسم الحر له.

التوتر السلبي
مخطط الجسم الحر

القوة المؤثرة على الجسم في حركة الجاذبية هي F = mv2/ r التي تساوي شد الحبل إذا كانت القوة بسبب الوزن غائبة.

عند نقطة معينة أثناء الدوران ، يشعر الجسم بثقله ، وخلال ذلك الوقت يكون الشد في الحبل مساويًا لمجموع قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم ووزن الجسم. في مرحلة ما ، يشعر الجسم بأنه أخف وزناً أي عندما يعمل التوتر للخارج ، ومن هنا تصبح معادلة القوة

F = T + mgSinθ

mv2/ ص = T + mgSinθ

ومن ثم ، تصبح معادلة التوتر ،

T = مف2/ ص ملغ

يكون التوتر سالبًا إذا كانت v = 0 و θ = 900، هذا هو الجسم المتسارع يتوقف بزاوية 90 درجة.

قراءة المزيد عن كيفية حساب التوتر في سلسلة: رؤى شاملة.

هل يمكن أن يكون التوتر سلبيا؟

يكون الشد موجبًا عندما يتم تطبيق القوة لسحب الجسم بمساعدة خيط أو حبل.

إذا تم تطبيق قوة ضغط بدلاً من السحب ، يمكن أن يكون التوتر على الخيط سالبًا. يمكن أن يحدث هذا أيضًا عندما تكون قوة الشد على الخيط أقل مقارنة بالوزن المرتبط به.

يتم تصنيف هذا أيضًا على أنه قوة الضغط على السلسلة. لكن الخيط أو الحبل لا يمكن ضغطهما ؛ فقط الربيع يمكن ضغطه. ومن ثم ، عند تطبيق قوة الضغط ، يكون التوتر على الزنبرك سالبًا.

قراءة المزيد عن هل التوتر قوة محافظة: البصيرة الشاملة.

كيف تجد التوتر السلبي؟

سلبي التوتر هو مجرد ضغط القوة والعمل دائمًا في اتجاه وزن الجسم.

يمكن حساب التوتر السالب في الربيع عن طريق قياس القوة الكلية المفروضة على الجسم ثم إيجاد تسارع الجسم بسبب القوة.

دعونا نفهم كيفية حساب التوتر السلبي عن طريق حل المشكلة الواردة أدناه.

المشكلة: يتم ضغط جسم كتلته 200 جرام متصل بنابض ، ونتيجة لذلك وجد أن تسارع الجسم يساوي 1 م / ث. أوجد الشد في الخيط.

معطى: م = 200 جرام = 0.2 كجم

أ = 1 م / ث

ز = 9.8 م / ث2

دعونا أولاً نرسم مخططًا للجسم الحر لنفسه.

مخطط الجسم الحر

الآن ، اكتب معادلة القوة.

F = -T- ملغ

يكون تسارع الجسم في مستوى المحور y السالب ، وبالتالي

-ma = -T-mg

لذلك ، فإن التوتر على الزنبرك يساوي

T = ملليجرام

T = م (أغ)

الآن ، استبدل القيم المعطاة

T = 0.2 كجم * (1-9.8) م / ث2

T = 0.2 كجم * (- 8.8) م / ث2

T = -1.76 نيوتن

الشد على الغصن هو -1.76 نيوتن.

قراءة المزيد عن كيف تجد القوة الطبيعية مع التوتر: عدة مناهج وأمثلة للمشكلة.

أمثلة على التوتر السلبي

هناك العديد من الأمثلة على التوتر السلبي الذي نواجهه غالبًا. دعونا نتأمل في بعض الأمثلة.

غرق الترباس في الماء

ضع في اعتبارك مسمارًا مربوطًا بمداس يسقط في كوب من الماء. الكثافة الجزيئية للمسمار أكبر من الماء ، وسوف يغمر البرغي في الماء متسارعًا إلى أسفل الزجاج.

برغي في الماء

إذا كتبنا معادلة قوة التوتر ، فسنكون قد كتبناها

F = -T- ملغ

T = -F- ملغ

تسارع الترباس إلى أسفل ،

T = - (- أماه) - ملغ

T = م (أغ)

إذا كانت كتلة البرغي 4 جرام ، والعجلة 0.03 م / ث2، ثم التوتر على المداس

تي = 4 * 10-3كجم * (0.03-9.8) م / ث2

تي = 4 * 10-3كجم * (-9.77) م / ث2

T = -0.039 نيوتن

التوتر على المداس هو -0.039 نيوتن.

فانوس معلق على الخطاف بفصل الخيط فجأة وسقوطه

عندما ينفصل الخيط عن الفانوس ، يكون وزن الفانوس أكبر من الشد عبر الخيط ، ومن ثم يتسارع الفانوس إلى أسفل.

أحذية الربيع أو أحذية القفز

تأتي هذه الأحذية مع نوابض مثبتة أسفل الحذاء أو نطاط. عندما ينخفض ​​وزن الجسم على الحذاء يضغط. هذه المرة ، يتسارع الجسم قليلاً إلى أسفل ، كما أن الشد المطبق على الزنبرك يعمل أيضًا نحو الأسفل. حسنًا ، نظرًا لتراكم الطاقة الكامنة في الربيع وبسبب طبيعته المرنة ، فإنه يستعيد شكله. هذا هو سبب استخدام الزنبرك في الأحذية للقفز أعلى.

سلم على الهليكوبتر

تخيل أنه لا يوجد شخص يقف على الأخير وأن المروحية تتسارع في الاتجاه التصاعدي. قد يكون التوتر قابلاً للتطبيق الأخير بسبب مقاومة الهواء. حسنًا ، العجلة لأعلى والشد في الاتجاه السالب.

الكتلة م = 0 ، ومن هنا ستكون معادلة القوة

F = -T

هذا هو T = -ma.

تخطي

الشد على حبل عديم الكتلة يساوي صفرًا دائمًا. لأن الشد على أحد طرفي الحبل يُلغى بواسطة الشد المتساوي والمقابل للطرف الآخر. أثناء القفز ، يمارس الشد عبر الحبل ، لكنه ليس موجبًا لأنه لا توجد قوة شد على الحبل. يخضع الحبل لمقاومة الهواء وينشأ التوتر في الحبل بسبب قوة الطرد المركزي.

فك أوتار الجيتار

يتم إنشاء الشد على الأوتار الموجودة على الجيتار لتوليد الصوت عن طريق ثني الوتر أو العزف عليه. إذا قمنا بفك الخيط ، فسيكون شد الخيط سالبًا.

بالون عائم في الهواء

بالون مملوء بغاز الهيليوم الخفيف جدًا وبالتالي يطفو بحرية ليرتفع فوق الهواء. كثافة الهليوم أقل بكثير مقارنة بجزيئات الهواء.

بالون في الهواء

يختبر البالون قوة عوامة تحمله في الاتجاه التصاعدي. ال صافي القوة على البالون من المعادلة

Fعوامة= ρ vg = -T-mg

وبالتالي ، التوتر يساوي

T = -vg-mg

T = - (ρ v + m) ز

التوتر على مداس البالون سلبي.

قراءة المزيد عن توتر.

الأسئلة المتكررة

هل التوتر توتر سلبي؟

يتم تطبيق الإجهاد بطريقة تؤدي إلى سحب جسمين بعيدًا عن بعضهما البعض ، ويسمى إجهاد التوتر.

يتم بذل جهد التوتر في اتجاهين متعاكسين ، مما يؤدي إلى فصل الأشياء أو سحبها بعيدًا عن بعضها البعض. إذا كان التوتر يعمل على المحور السيني ، فإن الشد في الجانب الأيسر يكون توترًا سلبيًا.

لماذا الضغط هو توتر سلبي؟

تسمى القوة المطبقة لتقليل حجم الجسم أو حجمه بالضغط.

عند الضغط ، يعمل الشد في الاتجاه y السالب مع وزن الجسم ، ثم يمكن أن يكون التسارع في المحور الموجب أو السالب ، ويكون التوتر دائمًا سالبًا.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات