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Tensión de la cuerda. ¿Respuestas diferentes?

La tensión de una cuerda, en un tira y afloja con la desigualdad de fuerzas es igual a la menor fuerza de la cuerda. Estoy en lo cierto? (Si el grupo Una tira del alambre con 20 newton hacia la izquierda y en el grupo B, tira con 30 newton. Espero que la tensión es de 20 newton.)

Pero la tensión en la cuerda tirando de una masa verticalmente hacia arriba es dicho ser igual a $mg+ma$.( donde $m$ es la masa del objeto que está siendo tirado, $a$ es la aceleración del objeto)

Cómo vienen las mismas situaciones con diferentes respuestas?

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chilchin Puntos 67

Respuesta corta.

En tu ejemplo, la cuerda puede no ser masa (de lo contrario, su aceleración sería infinito), pero si no tiene masa, entonces la tensión es diferente en cada punto de la cuerda. Por lo tanto, usted tiene que asumir que hay un objeto conectado a ella. Dependiendo de qué lado de la cuerda que asumir que el objeto es, obtener la tensión de 20N o 30N.

Esto no contradice la vertical levantada objeto por una cuerda. En ese caso, la aceleración sería $a=\frac{T-w}{m}=\frac{T-mg}{m}$$ma=T-mg$$T=ma+mg$. Lo que te falta es que en este caso $mg$ es el peso del objeto, la cual no afecta el tira y afloja caso (desde su posición horizontal).


Respuesta larga

Remolcador de la guerra

Si se tira a la izquierda de la pieza con 20N y derecha con 30N, obtendría 10N en un 0 de la masa del objeto, lo que significa infinito de aceleración. Por lo tanto, usted tiene que asumir que hay son dos cuerpos (en realidad sólo uno sería suficiente). Así, una persona tirando en cada lado de la cuerda.

Suponiendo que la cuerda sin masa, y se compone de un montón de pequeñas piezas, podemos ver que cada pequeña pieza tiene dos fuerzas en él. $F_l$ desde la izquierda y $F_r$ desde la derecha. Puesto que la aceleración de cada pequeña pieza es $a=\frac{F_r-F_l}{m}$ y m>0, entonces $F_r$ = $F_l$, de lo contrario, $a$ sería infinito.

Además, esto significa que cualquier pieza de la cuerda, incluyendo aquellos que se conectan a los cuerpos, tire de piezas adyacentes con la misma fuerza. Es decir, Un cuerpo y el cuerpo B son ambos tiró de la cuerda con la misma fuerza de $T$, que es la tensión.

No es $F_A=20N$ sobre el lado izquierdo del cuerpo y $F_B=30N$ en el derecho, además de a $T$ $-T$ respectivamente. Debido a que los cuerpos a, B y la cuerda tienen la misma aceleración (si no, no iban a separarse el uno del otro), obtenemos:

$a=\frac{T-F_A}{m_A}=\frac{F_B-T}{m_B}$ , lo $T=\frac{m_AF_B+m_BF_A}{m_A+m_B}$.

Si $m_B$->0, a continuación,$F_B-T=0$, e $T=F_B=30N$. Del mismo modo, si $m_A$->0, a continuación,$T=F_A=20N$.

Usted no puede asumir que $m_B=m_A=0$ sin $F_A=F_B$, por lo tanto, usted necesita por lo menos uno no 0 masa del objeto unido a la cuerda.

Tirando hacia arriba

Si $m_B=0$ luego de obtener el mismo resultado que en el vertical sacó del cuerpo, excluyendo el peso de $w$ del objeto ($w=mg$), debido a que cuando se tira horizontalmente su peso no tiene ningún efecto.

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StasK Puntos 19497

Creo que su concepto de tensión necesita aclaración. "La tensión" no es un concepto definido por una cuerda con los no-cero de la masa. Uno tiene que ser cuidadoso para especificar donde la tensión está siendo considerado.

Tomamos el sistema en cuestión a la cuerda tiene masa $m_\mathrm{rope}$. Hay dos fuerzas en la cuerda, uno de los tire del grupo a otro el tirón del grupo B. la Tensión es la fuerza aplicada por una "cuerda" como agente en algún otro objeto. La palabra de tensión también puede describir la fuerza del objeto en la cuerda, como en este caso. (Más en general, la "cuerda" agente puede ser cualquier cosa que se puede aplicar una resistencia a la fuerza).

En el juego de la cuerda, la tensión debido a que el grupo a es $T_A = -20\,\mathrm{N}$ (signo menos para indicar la tensión está a la izquierda, mientras que la tensión debido a que el grupo B es $T_B = 30\,\mathrm{N}$ (a la derecha). A continuación, la segunda ley de Newton requiere de $$F_{net} = T_A + T_B = m_\mathrm{rope}a_\mathrm{rope}$$ Tenga en cuenta que este formulario es el mismo como el segundo ejemplo. Sin embargo, aquí el sistema es el objeto que cuelga de la cuerda, no de la soga. La tensión está bajo consideración entre el extremo de la cuerda y el objeto, por lo que la masa de la cuerda es inmaterial.: $$F_\mathrm{net} = T + F_\mathrm{gravity} = ma$$ $$T -mg = ma$$ or $$T = mg + ma$$

En cualquier caso no se puede hablar de "tensión" en una enorme cuerda como si es sólo un valor. Pero como se puede ver en la primera de las ecuaciones, si la cuerda sin masa, a continuación, la tensión en ambos lados es la misma, y uno podría hablar de "la tensión". Masa de cuerdas son, sin embargo, idealizaciones que no existen en la naturaleza.

Actualización: Más Información

Usted no puede ignorar la masa de la cuerda. La tensión de la derecha es de 30 N, la tensión de la derecha es de 20 N. La cuerda no puede ser masa, porque entonces la aceleración sería infinito.

Para analizar un poco más profundamente, vamos a tomar primero el sistema en cuestión a toda la cuerda. A continuación, vamos a ver un punto en algún lugar a lo largo de la longitud de la cuerda. Tomar la masa de la cuerda para $m$, y su longitud se $L$, y la densidad lineal de la cuerda a ser constante: $\lambda = m/L$.

La tensión en el extremo derecho de la cuerda es $T_R$, el de la izquierda $T_L$ (uno de ellos es algebraicamente negativo). Nuestro sistema, la cuerda, tiene dos fuerzas en él. La Segunda Ley de Newton nos dice que la aceleración:$$a=\frac{F_\mathrm{net}}{m} = \frac{T_R + T_L}{m}=\frac{T_R + T_L}{\lambda L}$$

Ahora vamos a echar un nuevo sistema: la porción de la cuerda desde el extremo izquierdo hasta cierto punto $x$ metros desde el extremo. Por ejemplo, si tomamos exactamente la mitad de la cuerda, $x=L/2$. La tensión en el extremo izquierdo es todavía $T_L$ $\ldots$ después de todo, nada ha cambiado físicamente. Estamos cambiando sólo nuestro análisis. Por la misma razón, también sabemos que la aceleración: es dada por la expresión anterior. Llame a la tensión en el lado derecho $T'_R$. La fuerza neta en el segmento de es $F = T_L + T'_R$.

Ahora podemos encontrar la fuerza neta sobre nuestro nuevo sistema. La masa del nuevo sistema (una porción de la cuerda de la izquierda tienen una longitud de $x$) vamos a llamar a $m_x$. Con eso, $m_x = \lambda x$, y la fuerza neta sobre la porción es $$ F = m_xa = m_x\frac{T_R + T_L}{\lambda L} = \frac{x}{L}(T_R + T_L)$$ La fuerza de tensión en el derecho lado del segmento de es $$T'_R = F-T_L = \frac{x}{L}(T_R+T_L)-T_L$$

Así que usted puede ver que la tensión en el derecho depende de donde se mida. No hay "tensión". Varía a lo largo de la longitud. En el extremo izquierdo, $x=0$$T'_R = -T_L$. En el extremo derecho, $x=L$$T'_R = T_R$. Tanto de aquellos que son como se esperaba. La tensión varía linealmente a lo largo de la longitud.

-1voto

majortom Puntos 91

@user121330The whole system moves with 400 N rightwards.

Todo el sistema se mueve con 400 N hacia la derecha. Y la fuerza que actúa sobre los extremos de la cuerda es de 200 N. Para que la tensión se convierte en 200 N

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