עיקרון העברת הכוחות (תרגילים שנפתרו) - גוּפָנִי - 2025

עיקרון ההעברה של כוחות מציין כי מצב שיווי המשקל או תנועה של גוף קשיח לא משנה אם כוח מסוים מתנהג על נקודה מסוימת על הגוף מוחלף אחר. כדי שנחשב כך, יש לעמוד בשני הנחות.

הנחת היסוד הראשונה היא שהכוח החדש הוא בסדר גודל זהה, והשני הוא כי אותו כיוון מוחל, גם אם הוא נמצא בנקודה אחרת בגוף. לשני הכוחות תוצאה זהה על גוף נוקשה; לכן הם כוחות שקולים.

לפיכך, עקרון ההעברה מאשר כי ניתן להעביר כוח באותו כיוון. באופן דומה, יש לציין כי ההשפעה המכנית של הכוח יכולה להיות סיבובית וגם תרגומית. דוגמא מעשית למשמעות עקרון ההעברה היא כאשר נדחף או מושך גוף.

אם ערך הכוח איתו נמשכים או נדחפים את הגוף זהה, ושני הכוחות מופעלים באותו כיוון, התנועה המתקבלת זהה לחלוטין. כך, למטרות תנועה, התוצאה זהה, בין אם הגוף נדחף או מושך.

גופות קשיחות

גוף נוקשה (שאינו מעוות) הוא כל גוף שאינו עובר עיוותים כאשר מפעילים עליו כוח חיצוני.

הרעיון של גוף נוקשה הוא עדיין אידיאליזציה מתמטית הנחוצה לחקר התנועה והגורמים לתנועת הגופים.

הגדרה מדויקת יותר של גוף נוקשה היא המגדירה אותו כמערכת של נקודות חומריות, בהן המרחק בין נקודות הגוף השונות לא משתנה על ידי פעולת מערכת כוחות.

האמת היא שגופים ומכונות אמיתיים אף פעם אינם נוקשים לחלוטין וחווים עיוותים, ולו במעט, תחת פעולת הכוחות והעומסים המופעלים עליהם.

מגבלות של עקרון ההעברה

לעיקרון ההעברה יש כמה מגבלות. הראשון והמובן מאליו הוא במקרה שהכוח או הכוחות המופעלים פועלים על גוף מעוות. במקרה כזה, העיוות בגוף יהיה שונה בהתאם לנקודת היישום של הכוחות.

מגבלה נוספת היא מה שניתן לראות במקרה הבא. נניח ששני כוחות מופעלים אופקית על קצות הגוף, שניהם באותו כיוון אך בכיוון ההפוך.

על פי עיקרון ההעברה, ניתן היה להחליף את שני הכוחות בשני כוחות חדשים המופעלים באותו כיוון, אך בכיוונים הפוכים לזה המקורי.

למטרות פנימיות, להחלפה לא תהיה כל השלכה. עם זאת, עבור מתבונן מבחוץ, היה שינוי מהותי: במקרה אחד הכוחות המיושמים הם מתח, ובמקרה אחר הם היו מבינים.

לכן ברור כי עקרון ההעברה חל רק מההשערה של יישומו למוצקים נוקשים אידיאליים ומנקודת מבטו של צופה פנימי.

דוגמאות

דוגמא ראשונה

מקרה מעשי של יישום עקרון ההעברה מתרחש כאשר רוצים להעביר מכונית על ידי קבוצת אנשים.

המכונית תנוע באותה צורה בין אם היא נדחפת או נמשכת קדימה, כל עוד אנשים מפעילים כוח באותו קו ישר.

דוגמא שנייה

דוגמא פשוטה נוספת בה מתקיים עקרון ההעברה היא של הגלגלת. לצורך התנועה הנקודה על המיתר אליו מופעל הכוח אדישה, כל עוד מוחלת אותה כמות כוח. בדרך זו זה לא משפיע על התנועה אם החבל ארוך פחות או יותר.

תרגילים שנפתרו

תרגיל 1

ציין אם עקרון ההעברה עומד במקרים הבאים:

מקרה ראשון

כוח של 20 N המופעל אופקית על גוף קשיח מוחלף על ידי כוח אחר של 15 N המופעל במקום אחר על הגוף, אם כי שניהם מופעלים באותו כיוון.

פִּתָרוֹן

במקרה זה, עיקרון ההעברה לא יתגשם שכן, למרות ששני הכוחות מופעלים באותו כיוון, לכוח השני אין גודל זהה לזה הראשון. לכן, אחד התנאים הכרחיים של עקרון ההעברה אינו קיים.

מקרה שני

כוח של 20 N המופעל בצורה אופקית על גוף נוקשה מוחלף על ידי אחר גם של 20 N, המופעל בנקודה אחרת על הגוף ובאופן אנכי.

פִּתָרוֹן

בהזדמנות זו, עיקרון ההעברה אינו מתקיים שכן, למרות שלשני הכוחות יש אותו מודולוס, הם אינם מיושמים באותו כיוון. שוב, אחד מהתנאים הכרחיים של עקרון ההעברה אינו קיים. ניתן לומר ששני הכוחות שקולים.

מקרה שלישי

כוח של 10 N המופעל אופקית על גוף קשיח מוחלף לאחר נוסף של 10 N המופעל בנקודה אחרת על הגוף, אך באותו כיוון וכיוון זה.

פִּתָרוֹן

במקרה זה עיקרון ההעברה מתקיים, מכיוון ששני הכוחות הם בעלי אותו גודל ועוברים על אותם כיוון וכיוון. מתקיימים כל התנאים ההכרחיים של עקרון ההעברה. ניתן לומר ששני הכוחות שקולים.

מקרה רביעי

כוח מחליק לכיוון קו הפעולה שלך.

פִּתָרוֹן

במקרה זה עיקרון ההעברה מתגשם שכן היותו אותו כוח, גודל הכוח המופעל אינו משתנה והוא גולש בקו הפעולה שלו. שוב מתקיימים כל התנאים ההכרחיים של עקרון ההעברה.

תרגיל 2

שני כוחות חיצוניים מוחלים על גוף נוקשה. שני הכוחות מופעלים באותו כיוון ובאותו כיוון. אם המודולוס של הראשון הוא 15 N וזה של השני הוא 25 N, באילו תנאים צריך כוח חיצוני שלישי לעמוד בכדי להחליף את התוצאה של השניים הקודמים כדי למלא את עקרון ההעברה?

פִּתָרוֹן

מצד אחד, הערך של הכוח המתקבל צריך להיות 40 N, וזו תוצאה של הוספת המודולוס של שני הכוחות.

מצד שני, על הכוח המתקבל לפעול בכל נקודה בקו הישר המצטרף לשתי נקודות היישום של שני הכוחות.

הפניות

1. גוף נוקשה (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 25 באפריל 2018 מ- es.wikipedia.org.
2. כוח (nd). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 25 באפריל 2018 מ- en.wikipedia.org.
3. קוטנל, ג'ון ד .; ג'ונסון, קנת וו. (2003). פיסיקה, המהדורה השישית. הובוקן, ניו ג'רזי: ג'ון וויילי ובניו בע"מ
4. קורבן, HC; פיליפ סטלה (1994). מכניקה קלאסית. ניו יורק: פרסומי דובר.
5. פיינמן, ריצ'רד פ. לייטון; סנדס, מתיו (2010). פיינמן מרצה בפיזיקה. כרך א: בעיקר מכניקה, קרינה וחום (אלף המילניום החדש). ניו יורק: BasicBooks.