Грузы и пружины: изменится ли нагрузка?
ฝัง
- เผยแพร่เมื่อ 30 ก.ย. 2024
- В раму вставлены два груза разной массы и две пружины разной жёсткости. Изменится ли нагрузка на нижнюю опору, если грузы и пружины поменять местами?
Благодарим вас за интерес к нашей работе!
Получить доступ к дополненным материалам и поддержать нас можно в нашем телеграм-канале: t.me/getaclass...
или сервисе Boosty: boosty.to/geta...
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
У меня в вилке велосипеда подобная конструкция. Для облегчения страгивания амортизатора установлена негативная пружина обеспечивающая поджатие.
СТОП! Я что-то не понял условия, верхняя пружина закреплена к раме и грузам или нет? Если нет, то объяснение не прокатит. Тут как раз наоборот эффект достигается за счет разной степени сжатия пружин грузами! Для объяснения, надо просто выкинуть грузы, и тогда получится 2 пружины сжатые в разной степени. dF=(k1-k2)*dX с точностью до знака и возможно 1/2 (или 2 - лень думать). А dF в этом случае похоже как раз равно d(mg).
1) В условии сказано, что обе пружины сжатые, так что закрепляй их - не закрепляй - разницы никакой. Закреплять надо было бы если бы какая-то была растянута.
2) Если грузы выкинуть, то и итоговая сила от порядка зависеть не будет. Какое это m которое у вас в конце, если грузов нет? Ничего не понимаю, что вы говорите...
@@aleksandr_berdnikov не приставайте к человеку - ему лень думать)
глядя на картинку качественного объяснения
в пределе (считая тугую пружину перемычкой) (считая вес грузов незначительным по сравнению с жёсткостью любой пружины) (считая вес любой пружины несоизмеримо меньшим веса грузов)
слева m1 + m2 + усилие мягкой пружины тут очевидно
справа m2 + усилие мягкой пружины (тк m1 можно считать прикреплённым к верхней опоре)
3:30 а что тут удивительного...
1. самое слабое звено(тонкая пружина) держит на себе 2 груза, тоесть, сильнее растягивается
2. самое слабое звено(тонкая пружина) держит на себе 1 маленький груз...
если изменились условия, то и результат поменяется.
Мне кажется вопрос в конце легче понять с конца: если у всех пружин напряжение поднять на одну и ту же силу, то они суммарно сожмутся на какое-то расстояние, которое ни от чего больше не зависит. Соответственно и наоборот, если коробку сжимать на это одинаковое расстояния, то в каждом случае сила на это одинаковое напряжение поднимется, соответственно разность на изменится.
@@aleksandr_berdnikov Кстати, да: в одном случае сильнее сжимается слабая пружина, а в другом - жесткая. А в сумме эти две дельты дают одну и ту же длину(суммарная длина конструкции неизменна). Ну и соответственно, там, где у жесткой пружины выше степень сжатия - там и сила давления на опору очевидно выше)
Новосибирску привет из юга!
Возьмем две такие конструкции. Первая конструкция имеет два груза одинаковой массы, две пружины с соотношением жесткостей 1 к 2. Верхний груз лежит на пружине меньшей жесткости. Деформация верней пружины равна нулю, но рамка касается пружины. Другая конструкция имеет те же элементы, но пружины в ней занимают другие положения. Деформация нижней пружины во второй конструкции меньше деформации нижней пружины в первой конструкции на одну треть. Теперь опустим верхние планки рамок в обоих конструкциях на одинаковою высоту. Дополнительные деформации пружин в первой конструкции будут иметь соотношение 2 к 1. Дополнительные деформации пружин во второй конструкции будут иметь соотношение 1 к 2. Причиной тому является поддержание баланса между силами. То есть дополнительная деформация нижней пружины в первой конструкции будет в два раза больше дополнительной деформации нижней пружины во второй конструкции. Но соотношение жесткостей пружин обратно пропорционально этим деформациям. Значит разность усилий в нижних пружинах не изменится. Не изменится и разность прижимов нижних грузов к основанию. Если взять грузы различной массы, пружины с другим соотношением жесткостей, то принципиальных изменений в поведении конструкции не будет. Но здесь есть важный момент. Дополнительное усилие прижима нижнего груза к основанию создается верхней пружиной. Чем больше масса верхнего груза, тем больше он разгружает верхнюю пружину.
Что-то объяснение с упрощённой пружиной-стержнем какое-то странное. Во втором случае мягкая пружина просто сжимается сильнее, под тяжестью тяжелого груза и более жёсткая пружина разжимается, эта разница в силе и есть эти 1,4н
Прогрессивная пружина в подвеске авто-мото. Не?
Спасибо за видео!!! Класс!!! 👍👍👍
Представим, что жёсткость слабой пружины к2 почти 0. Тогда слева вниз давят (м1 +м2 ).
А справа жёстка пружина держит у потолка груз М1. На пол будет давить только м1
😊
Ответ на вопрос ролика. Сжатие пружин обеспечивает распирающую силу, которая действует и на верх, и на низ рамы. Перестановка грузов приводит лишь к тому, что мы лишь частично перераспределяем силы, т.е. мы немного разгружаем низ рамы и переносим эту часть силы на верхнюю раму. При этом одна пружина подожмётся, а другая подрастянется, но общая распирающая сила пружин не изменится, потому что мы не можем сжать с большей силой одну пружину, чем растянуть другую. Естественно, что вычитая эту распирающую силу из самой себя в двух разных конфигурациях грузов, мы, конечно, получим ноль. А вот если мы захотим найти сумму сил, которая действует на верх и низ рамы, то она, конечно, будет зависеть от сжатия пружины.
По-моему, давление на верх и низ рамы не может быть разным. (Не считая разницы из-за земного притяжения, конечно)
Что такое "общая распирающая сила пружин"? Они соединены не параллельно, где эта величина имела бы смысл, а последовательно.
"не можем сжать с большей силой одну пружину, чем растянуть другую" - не очень понятно, что вы имеете этим в виду, но казалось бы то, что пружины разной жёсткости, утверждает именно обратное: что одинаковые изменения длин пружин (которые происходят, когда суммарная длина фиксирована, как у нас) приводят к _разным_ изменениям их сил.
Дальнейшие рассуждения просто очень сложно как-то интерпретировать...
Пружины тоже имеют массы
Тут рассчитывают разницу в давлении. И в первом и во втором случае вес пружин одинаковые
Задачу легче понять для начала мысленно повернув вашу конструкцию горизонтально исключив влияние силы тяжести и начиная переставлять грузы. Сила деформации при этом будет одинаковой во всех случаях, т.к. линейные размеры в которых зажаты обе пружины никак не изменятся. И сила давления на обе стенки рамы будет одинаковой во всех случаях расположения грузов. При повороте в вертикальное положение деформация каждой конкретной пружины будет уменьшаться или увеличиваться в зависимости от положения грузов, при этом никогда не сможет стать больше равнодействующей сил (деформации+силы тяжести) внутри рамы вне зависимости что мы будем делать с пружинами. Для яркости иллюстрации можно представить, что оба груза лежат внизу на опоре и давят на нее с силой F1, а обе пружины сверху дополнительно давят на них с силой F2=(силе деформации+вес пружин), во втором случае оба груза находятся вверху и давят на пружину с силой F1=(m1+m2)g. Так как пружина будет уравновешивать грузы, она никогда не сможет давить внизу на опору с силой большей чем F1+(сила тяжести действующая на пружины) , даже если пружина будет сжата полностью и достигнет предела деформации , тут от пружин вообще ничего не зависит. Получается, что чем выше расположена бОльшая масса груза тем меньше давление на раму в нижней точке. При расположении грузов в нижней точке а пружины сверху сила воздействия на опору будет максимальной. Но если пружины при расположении грузов внизу будут растянуты, то ситуация поменяется с точностью до наоборот. Так что еще зависит от того что у нас там с пружинами, т.е если при расположении рамы горизонтально пружины раму не распирают, а стягивают, то тогда будет наоборот, чем ниже бОльшая часть груза окажется при повороте, тем меньше будет давление на нижнюю часть рамы, так как грузы окажутся подвешены на растянутой пружине и сила воздействия будет меньше чем (m1+m2)g. Ну и как частный случай если пружины меняют состояние из сжатого на растянутое, то тоже будет меняться схема.
"во втором случае оба груза находятся вверху и давят на пружину с силой F1=(m1+m2)g" - нет, поскольку грузы в верх рамы тоже упираются. Конечно она может давить сильнее их веса - вставьте жёсткую длинную пружину и невесомые грузы; их тогда почти не будет чувствоваться, и пружина запертая в раме будет с большой силой и на верх и на низ давить.
"чем выше расположена бОльшая масса груза тем меньше давление на раму в нижней точке" - тоже нет, это и из рассчёта видно, и весь пример с бесконечно жёсткой пружиной про то, что в этом случае всё пружинами определяется, а у весов - покуда они соизмеримы и положительны - веса не важны, может "большее давление внизу" быть когда "бОльшая масса сверху" - если при этом жёсткая пружина снизу.
И то, стянуты или растянуты пружины, как видно из рассчёта, тоже не важно (покуда те, что растянуты, закреплены и не отсоединяются)
@@aleksandr_berdnikov да, согласен, я не все учел. Но скажите, с какой силой будет давить пружина на опору если оба груза будут вверху и их вес будет больше силы сжатия пружины (грузы сложили пружину и не упираются) . И тот же вопрос если грузы будут внизу а пружина вверху. И насчет растянутых пружин - например груз внизу , пружина растянута внизу на опоре будет сила меньше веса грузов. . И груз вверху пружина сжата, на опоре будет больше или равно.
@@diAx007 Если у нас только один блок из грузов и один блок из пружин, как вы похоже описываете в первых двух предложениях, то да, давление внизу больше, когда груз внизу, но это другая задача. А про растянутую пружину - см. мою оговорку "покуда то, что растянуто, закреплено и не отсоединяется" - я не достаточно чётко выразился, имел в виду все растягиваемые сочленения; тогда когда пружина снизу, она настолько же растянута и давление внизу вообще отрицательное, а груз, тягаемый пружиной вниз, висит на верхней раме.
в эксперименте нужен второй датчик сверху.
Продублирую комментарий, который писал в сообществе:
Снимите пожалуйста ролик про шаровую молнию. Как так получается, что треть населения ее видело, ученые не отрицают ее существование, но несколько миллиардов камер на планете не смогли ее снять ни разу?
Заметил что некоторые публичные спикеры от науки, опасаются ставить под сомнение ее существование, по всей видимости опасаясь общественного остракизма. Мне все эти рассказы, про шаровую молнию, напоминают басни про привидений.
Пишите в низу, как и кто ее "видел".)))
Я пару раз видел при грозе. Просто как медленно парящие шарики, как-будто остаточные заряды после удара молнии.
@@СергейВайлов-ю8в В том и проблема, все видели, но снять почему то, при наличии десятка миллиардов камер, ни кто до сих пор не смог. Почему?
Знаю про одно видео из Китая, но там вообще не понятно что, какое то облако горячей пыли, размером с дом.
То есть вы хотите, чтобы физики снимали ролик про привидений? Это вообще нормальное желание? Может лучше конфетку пососать? Это помогает - всякие фантастические желания заменять вполне конкретными и доступными удовольствиями ;)
@@kitesurfingspot Где я написал что хочу? Про шаровые молнии снимают, хотя нет ни одного доказательства их существования, пусть снимут про приведения в таком случае, рассказов про их существование еще больше чем про шаровые молнии.
@@Dmitry_Kim "Снимите пожалуйста ролик про шаровую молнию. " разве не вы писали?
Предельный случай описанный в конце ролика выбран не верно. В пределах нужно менять массы грузов , а не свойства пружин. Уменьшая один из грузов и увеличивая другой. Проще всего этого достичь уменьшив один из грузов до 0, а второго увеличив до массы двух грузов, и начинайте переставлять его вниз, в середину и наверх. В этом случае максимальная сила на опору будет если груз внизу, а пружины давят сверху.
"Качественное объяснение" неверно в конце и с точки зрения расчётов, и с эксперимента.
Общее положение. На нижнюю пружину давит верхний груз + сжатая верхняя пружина.
1 положение грузов. Верхний лёгкий груз и верхняя менее жёсткая пружина давят на нижнюю пружину суммарно слабо. Верхняя пружина сжата только из-за общей высоты грузов и жёсткости нижней пружины.
2 положение грузов. Верхний груз тяжёлый и верхняя пружина жёстче и тяжелее, поэтому нижняя пружина подвергнется более сильному сжатию, а верхняя пружина немного разожмётся. Нижняя пружина дополнительно сжата под весом тяжёлого груза + жёсткости верхней пружины.
Если бы вы сделали измерение высот растяжения пружин, то обнаружили бы явное отличие. Я на экране измерил высоты, и даже у меня показало разницу (в первом эксперименте суммарное сжатие пружин меньше, чем во втором), тем более это было бы очевидно у вас. Давление на низ рамы становится меньше, так как сильное сжатие слабой пружины частично поглощает вес тяжёлого груза и расжатие сильной пружины.
Мне нужна эта рубашка!