Vraag:
Touwspanning vraag
Snowman
2010-11-23 07:12:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Als aan twee uiteinden van een touw wordt getrokken met krachten van gelijke grootte en in tegengestelde richting, moet de spanning in het midden van het touw nul zijn. Waar of niet waar?

Het antwoord is niet waar. Ik heb echter voor waar gekozen en ik begrijp niet waarom. Krachten werken in het massamiddelpunt van het object, dus als er twee krachten zijn van gelijke en tegengestelde grootte, dan moeten ze worden opgeheven, wat resulteert in een spanning nul, niet?

Vijf antwoorden:
Vortico
2010-11-23 07:42:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De spanning van het touw is de gedeelde grootte van de twee krachten. Stel je voor dat je het touw op een bepaald punt doorsnijdt en een veerweger op zijn plaats steekt. De lezing zal de spanning laten zien. Een touw zonder spanning zou losjes hangen of op de grond liggen en de massa van het touw verwaarlozen.

+1 voor de fysische interpretatie met een veerweger, maar zou de spanning niet gelijk moeten zijn aan de gedeelde grootte van de krachten, niet gelijk aan de som van de magnitudes?
Ja, ik denk dat Mark gelijk heeft. Dat, of ik leg het altijd verkeerd uit aan studenten. Zeg alsjeblieft niet dat ik het zo verpest heb. : p
Oeps, gecorrigeerd! :)
Als de krachten verschillend zijn (bijvoorbeeld in een touwtrekken waarbij één team wint), wat is dan de "gedeelde omvang"?Als ik het antwoord van @MarkEichenlaub goed begrijp, dan zijn er twee krachten, niet één.
@JonathanSpirit Dat is een soortgelijk voorbeeld als het geval waarin je de Atwood-machine hebt, waarbij je twee verschillende massa's aan elke kant hebt hangen.Zie de afbeelding van mijn antwoord hier: https://physics.stackexchange.com/a/387934/46464 In wezen, als je de versnellingen van de massa evenaart en je doet de FBD voor elk lichaam, dan zul je in staat zijn om de spanning T te isoleren en te berekenen. Dat is in dit geval de "gedeelde magnitude".
Mark Eichenlaub
2010-11-23 13:04:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hier is een iets meer wiskundig antwoord dat past bij Vortico's uitstekende fysieke antwoord.

Spanning is geen kracht en heeft geen omvang en richting. Dit is verwarrend, omdat we het vaak hebben over de "kracht van spanning", wat iets anders is dan de spanning zelf.

De spanning is eigenlijk een voorbeeld van een wiskundig object dat een "rang-twee tensor" wordt genoemd. ". Een tensor van rang twee is een functie waarvan de invoer en uitvoer beide vectoren zijn. De input is een richting en de output is de kracht die wordt uitgeoefend op het stuk touw dat in die richting ligt. Dus voor een verticaal touw kun je een eenheidsvector nemen die naar beneden wijst als de invoer voor de spanningstensor, en deze geeft een kracht terug van bijvoorbeeld 20N omhoog. Dat zou betekenen dat het touw op elk punt in het touw de delen eronder met 20N kracht omhoog trekt. Als u vervolgens een eenheidsvector naar boven wijst, krijgt u een kracht van 20N terug naar beneden. Elk deel van het touw trekt met 20N kracht naar beneden aan wat erboven is (meer touw, of misschien een plafond). We zeggen dan dat "de spanning in het touw 20N is", maar wat we bedoelen is eigenlijk het hele verhaal hierboven over het invoeren van richtingen en het eruit halen van krachten. Elk klein stukje touw heeft twee 20N-krachten van het omringende touw en oefent ook twee 20N-krachten uit op het omliggende touw.

Dit is een beetje pedant, aangezien de spanning slechts een getal is en het geheel beetje over de tensor lijkt niet erg belangrijk. Het wordt belangrijker als we het hebben over oppervlaktespanning, misschien in een metalen plaat. In dat geval kunnen we ons voorstellen dat de spanning echt in verschillende richtingen anders is. Fysiek gezien, als je een spleet in het vel snijdt en vervolgens meet hoeveel kracht er nodig is om de spleet gesloten te houden, zou je kunnen ontdekken dat de benodigde kracht (per lengte-eenheid van de spleet) afhangt van de richting van de spleet. Je zou de volledige kracht van de rang-twee tensor nodig hebben om die spanning te beschrijven.

Spanning behandelen als een tensor is interessant. Is het echter mogelijk om een ​​dergelijke tensor te definiëren? Een tensor neemt een invoervector en transformeert deze in een uitvoerkrachtvector. Wanneer je een kracht op het touw uitoefent, verandert de richting van het touw, en in jouw voorbeeld zou de tensor ook moeten veranderen. Ook als je het touw duwt, moet de spanning nul zijn.
Ik weet niet precies waar je naar toe rijdt. Denk je dat de tensor een intrinsieke eigenschap van het touw zou moeten zijn? Het is slechts een beschrijving van de krachten die een stuk van het touw uitoefent op wat zich op de eindpunten bevindt. Als de richting van het touw verandert, verandert de tensor. Als het touw verbogen is, is de spanningstensor op verschillende punten in het touw anders. Als de spanning nul is, is de spanning de nultensor.
@Mark: Je hebt gelijk. Ik vraag me alleen af ​​of er behoefte is aan het tensoridee voor dit eenvoudige probleem, ** als ** de tensor altijd zal veranderen wanneer de input- en outputkracht veranderen.
Ik snap het. Ik denk dat het niet nodig is. Maar ik dacht dat het misschien nuttig zou zijn.
@ Mark Eichenlaub "" Spanning is geen kracht, en heeft geen omvang en richting "" Ik begrijp het woord "spanning" in deze context niet. Wat betekent dat?
@Georg Het is gewoon een naam voor wanneer de druk negatief is.
John Alexiou
2010-11-24 11:11:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Free Body Diagram ( http://en.wikipedia.org/wiki/Free_body_diagram) is je vriend. Snijd het touw op een willekeurig punt door en vervang het ontbrekende stuk door de interne spankracht en kijk hoe en het langs de kabel verandert.

Als je rekening houdt met de zwaartekracht, dan vormt het touw een bovenleiding en zijn de spanningen minimaal bij het doorzakpunt (midden) en piek aan de uiteinden.

Omega Centauri
2010-11-24 06:29:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De "tensor" is gewoon een 3by3-matrix, die bij vermenigvuldiging met de normaalvector de kracht geeft. En je kunt stellen dat in een doos met een uniforme (spanning) tensor een eindige rotatieversnelling moet hebben, dus als je de limiet neemt om de doos naar maat nul te verkleinen, ontdek je dat de spanningstensor een symmetrische matrix moet zijn.

OK maar een tensor is geen matrix ...
ROHIT
2015-10-06 09:58:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

mijn antwoord is ook nul. omdat resultante nul wordt. laat een kracht f1 en f2 aan het touw van gelijke grootte trekken. dan, grootte van f1 = grootte van f2, laat de spanning op het touw T1 en T2 zijn. dan = (f1 + T2) - (T1 + f2) (aangezien f1 = f2) = f1 + T2-T1-f1 = T2-T1 T1 = T2 DAN IS AAN HET EINDE VAN HET TOUW GELIJK DAN DE SPANNING IN HET MIDDEN VAN DE TOUW ZAL NUL ZIJN.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 2.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...