Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Equilibrium
ในธรรมชาตของเรา เรามกจะพบสงตางอยในสภาพทหยดนง หรอ เคลอนทดวยความเรวคงท (ทง
ความเรวเชงเสน และ ความเรวเชงมม) ซงเรากลาวไดวา วตถเหลานนไมเปลยนสภาพการเคลอนท หรอ อยใน
สภาพสมดลกล
โดยเราสามารถแบงสภาพสมดลไดเปน 2 แบบ คอ
1.Static Equilibrium คอ วตถอยนงกบท
2.Kinetic Equilibrium คอ วตถเคลอนทดวยความเรวเชงเสนคงท หรอ ความเรวเชงมมคงท
และ ส าหรบวตถแขงเกรง (Rigid Body) เราสามารถแบงสภาพสมดลไดเปน 2 แบบ
1.สมดลตอการเลอนต าแหนง คอ อยนงกบท หรอ เคลอนทดวยความเรวเชงเสนคงท (v คงท)
2.สมดลตอการหมน คอ ไมเปลยนสภาพของการหมน
2
Concept สภาพสมดล
วตถอยในสภาพสมดลไดเมอ
1.แรงลพธทกระท าตอวตถเปนศนย จากขอความนเราสามารถเขยนเปนสมการไดเปน
𝐹 = 0 นนคอ FX = 0 หรอ ผลรวมแรงซาย = ผลรวมแรงขวา
FY = 0 หรอ ผลรวมแรงขน = ผลรวมแรงลง
2.โมเมนตลพธรอบจดใดเปนศนย
Σ𝑀 = 0 นนคอ Mทวน= Mตาม หรอ โมเมนตทวนเขม = โมเมนตตามเขม
3
หลกการแกปญหาโจทยสมดล
1.เขยนแรงทงหมดทกระท าตอวตถ โดยใชหลก Free Body Diagrams
โดยแรงทกระท าตอวตถจะแบงเปนสองประเภท คอ
- แรงทโจทยก าหนด
- แรงทางธรรมชาต เชน น าหนกของวตถ แรงปฎกรยา
2.แตกแรงทกระท าวตถออกเปนสองแกน คอ แกน X และ แกน Y
3.ค านวณหาสงทโจทยตองการโดยใชสมการสมดล 3 สมการ
FX = 0 FY = 0 และ Σ𝑀 = 0
4
โจทยปญหา
1.แรงสามแรงคอ แรงขนาด 10 12 และ 5 N กระท ารวนกนทจดๆหนง โดยมทศอยในแนว W 45 N, E 30 N
และ ทศใตตามล าดบ จงหาขนาด และ ทศทางของแรงลพธ
2.จากรปจงเขยน FBD ของวตถ รวมทงตงชอของแรงทกระท าวตถ แตกแรงออกเปนสองแนวแกน และ น าเขา
สมการ FX = 0 FY = 0
2.1 2.2
2.3 2.4
5
3.วตถหนงแขวนดวยเชอกเบาดงรป
1.ถาวตถมน าหนก 17.32 นวตน จงหาวาแรงตงในเสนเชอกแตละเสนมคาเทาไร
2.ถาเชอกแตละเสนรบแรงดงได 20 นวตน จงหาวาจะแขวนน าหนกไดมากทสดกนวตน
4.วตถมวล 0.6 kg ผกเชอกแขวนกบเพดาน ดงรป จงหาความตงในเสนเชอกทตดกบเพดาน
5.วตถหนก W1 และ W2 แขวนดวยเชอกดงรป จงหาอตราสวนระหวาง W2/T1
6
6. แขวนลวดวงกลมหนก 8 นวตน เสนผานศนยกลาง 60 ซม. แขวนไวบนเพดานอยางสมมาตร และ วตถวางตว
อยในแนวระดบ จากรปถาเชอกแตละ เสนยาว 50 ซม. แรงตงเชอกแตละเสนมคาเทาไร
7. ทรงกลมหนก 5 นวตน วางอยบนระนาบเอยงทไมมแรงเสยดทาน 2 อน ซงท ามม 30 องศา และ 60 องศา กบ
พนราบ ดงแสดงดงรป จงหาขนาดของ N1 และ N2
8.
7
9. จากรปลอกเปนลอกลนถาก าหนดให มวล m1 มคา 15 kg,m2 มคา 5 kg อยากทราบวาแรงตงเชอก
ทผกตดกบคานทงสองเสนมคาเทาไร และ แรงปฏกรยาทคานกระท าตอมวล m2 มคาเทาไร
10.วตถสองกอนมวล 20 kg วางบนพนเอยงดงรป หากมเชอกผกเชอมทรงกลมทงสองทจดศนยกลางของทรง
กลมจงหาวา แรงตงเชอกนนจะมคาเทาไร
11. ทอน ายาวสองทอแตละทอหนก 40 กก วางชดกนตามยาวบนพนเกลยง ถาน าทอลกษณะเหมอนกน วาง
ซอนกนสองทอแรกดงรป แรง H ในแนวราบจะตองมคาอยางนอยทสดเทาไร ทจะท าใหทอไมแยกออกจากกน
8
แรงเสยดทาน (Friction)
คอ แรงทเกดโดยมทศตานแนวโนมการเคลอนทของวตถ โดยจะเกดในทศทางขนานกบผวสมผส และ
เกดขนคกบแรงปฏกรยา (N) ในแนวฉากเสมอ
โดยแรงเสยดทานแบงไดออกเปนสองแบบ คอ
1.Static Friction (แรงเสยดทานสถตย) : Fs โดยแรงเสยดทานสถตจะเกดขนเมอ วตถยงอยนงอยกบท โดยแรง
เสยดทานประเภทนจะมขนาดแปรผนตามแรงทมากระท า และ จะมคามากทสดเมอถงสภาวะ Impending
Motion หรอ วตถก าลงเรมเคลอนท
โดยจะมขนาด FS = µSN
เมอ µS คอ สมประสทธความเสยดทานสถตย
2. Kinetic Friction (แรงเสยดทานจลน) :FK เปนแรงเสยดทานทเกดขนเมอวตถเคลอนทไปบนผวสมผส และ ม
ความตางกบแรงเสยดทานสถต คอ แรงเสยดทานจลนจะมคาคาเดยว ไมแปรผนตามแรงดง
โดยจะมขนาด FK = µKN
เมอ µK คอ สมประสทธความเสยดทานจลน
การหาคาสมประสทธความเสยดทาน
ในการหาคาสมประสทธความเสยดทานอาจมไดมากมายหลายวธ เชน วธการยกพนเอยงขน แลววดมม
ทพนเอยงกระท ากบแนวระดบ ในขณะทวตถก าลงเรมไถลพอด วธนเราจะสามารถหา µS ได
ตามความสมพนธ µS = tanS
และ หากวดมมในขณะทวตถไถลลงมาดวยความเรวคงทเราจะได µK
ตามความสมพนธ µK = tanK
โดย ทวไปเมอวางวตถอยบนพน และ ไมมแรงภายนอกมากระท า แรงปฏกรยาในแนวฉาก (N) จะมทศ
อยในแนวเสนตรงเดยวกบน าหนกของวตถแตหากมแรงภายนอก แรงปฏกรยาในแนวฉากจะเกดการเลอน
ต าแหนง
9
โจทยปญหา
1.จงพสจนสตร µS = tanS และ µK = tanK เมอวางวตถไวบนพนเอยง ดงรป
2.มวล 10 kg วางอยบนพน จงหาแรง F ทท าใหมวลนเคลอนทดวยความเรวคงท ถาสมประสทธความเสยดทาน
เทากบ 0.3
3.วตถมมวล 1 2 และ 3 กก. ผกตดกนดวยเชอก น าไปคลองผานรอกทไมมความฝด ถาสมประสทธของแรง
เสยดทานสถตยระหวางวตถกบพนโตะเทากบ 0.5 แรง F จะตองมคาอยางนอยทสดเทาไรวตถจงเรมเคลอนท
10
4. จากรป โตะไมมความเสยดทาน และ ผวสมผสระหวางมวลทงสองมสมประสทธความเสยดทานสถต และ
จลนเปน 0.4 และ 0.3 ตามล าดบ มวล m กกโลกรมทจะท าใหระบบเคลอนท
5. จากรปมวล m1 มคา 5 kg มวล m2 มคา 10 kg โยงกนดวยเชอกเสนหนงคลองผานรอกทไมมความฝดดงรป
คาสมประสทธความเสยดทานระหวางพนกบมวลมคาเทากบ 0.4 ทงสองกอน จงหาแรง F ทจะท าใหมวลทง
ระบบเรมเคลอนท
6.
11
สมดลตอการหมน
โมเมนต (ทอรก) คอ ผลคณของแรง กบระยะทางทตงฉากจากแนวแรงถงจดหมน เปนปรมาณเวคเตอร
โดยในสองมตการก าหนดทศจะเปนแบบ ทวนเขม และ ตามเขม โดยในการค านวณเครองหมายของโมเมนต
ทวนเขม จะตองตรงขามกบตามเขมเสมอ และ โมเมนตมหนวยเปน นวตนเมตร (N.m)
12
โจทยปญหา
1.คานสม าเสมอมวล 30 kg ยาว 5 เมตร วางบนหวเสา อ และ ฮ นางสาว วนดา มน าหนก 150 นวตน นงอยบน
คาน หางจากหวเสา อ เปนระยะ 1 เมตร จงหาแรงปฏกรยาทหวเสาทงสอง
2.
3.
13
4.จงหาแรง P ทนอยทสดทท าให m เรมหมน ให วตถมรศม R (ตอบในเทอม µS m g)
5.
6.
14
7.
8.คานสม าเสมอ AB ยาว 2 เมตร มมวล 4 kg เดกคนหนง ยกคานทจดหางจากปลาย A เขามาเปนระยะ 0.4 เมตร
และ ผใหญอกคนหนงยกคานไวทจดหางจากปลาย B เขามา 0.6 เมตร จงหาวาจะตองน ามวล 20 kg ไปแขวนไว
กบคาน โดยหางจากปลาย A เปนระยะเทาไร จงจะท าใหผใหญตองออกแรงยกเปนสองเทา
9.คานสม าเสมอยาว L มมวล m วางอยบนลม ดงรปถาตดคานทางปลายดานหนง L/4 เมตร แลวน าขนไปวาง
ซอนไวทางดานทถกตด ขอใดถก
1.คานยงคงอยในสภาพสมดลเชนเดม
2.ตองใชคานอยางเดยวกน ยาว L/4 อกหนงทอนวางซอนทางดานสนคานจงจะสมดล
3.ตองใชคานอยางเดยวกน ยาว L/4 อกหนงทอนวางซอนทางดานสนคานจงจะสมดล
4.ตองใชแรงเทากบ mg/4 กระท าทปลายดานสน คานจงจะสมดล
15
10.
11.
16
การลมของวตถ
เปนไปตามหลกของโมเมนต โดยวตถก าลงจะเกดการลม
เมอแรงปฏกรยาในแนวฉาก N เลอนต าแหนงมาอยทขอบของฐาน
วตถ และ เกดการลมเมอเขาสมการโมเมนตและพสจนไดวา
แรง N กระท าเลยขอบของฐานไปแลว ดงรป
โจทยปญหา 1. จากรป จงหาวาแรง P จะตองมขนาดอยางนอยทสดจงสามารถท าใหกลองลมได เมอก าหนดให a = 2 m และ
b = 3 m และ สมประสทธแรงเสยดทานสถตมคา 0.6 รวมทงถงน ามนมน าหนก 100 นวตน
2. จากภาพก าหนดใหรถมมวล 1600 kg และ มจดศนยกลางมวลทจด G ถาสมประสทธความเสยดทานสถตมคา
0.4 จงหาขนาดของมม ทนอยทสดทท าใหรถก าลงจะเกดการลม
…………………………………………………………
P’Tul OSK 127 INTANIA 93
มขอสงสยเรอง PHYS สอบถามไดท [email protected]