مبدأ انتقال القوات (مع التدريبات التي تم حلها)

يشير مبدأ قابلية الانتقال بالقوة إلى أن توازن أو حركة جسم صلب لا يتغير إذا تم استبدال قوة معينة تعمل على نقطة معينة من الجسم بقوة أخرى. لكي يتم النظر في ذلك ، يجب الوفاء بمكانين.

الفرضية الأولى هي أن القوة الجديدة لها نفس الحجم ، والثانية هي أن نفس الاتجاه يتم تطبيقه ، حتى لو كان في نقطة مختلفة من الجسم. للقوتين نفس النتيجة على جسم صلب ؛ لذلك ، فهي قوات مكافئة.

وبالتالي ، فإن مبدأ قابلية النقل يؤكد أن القوة يمكن أن تنتقل على نفس الاتجاه. وبالمثل ، تجدر الإشارة إلى أن التأثير الميكانيكي للقوة يمكن أن يكون الدوران والترجمة. يتم تقديم مثال عملي لمعنى مبدأ القابلية للانتقال عند دفع الجسم أو سحبه.

إذا كانت قيمة القوة التي يتم بها سحب أو دفع الجسم هي نفسها ، ويتم تطبيق كلا القوتين في نفس الاتجاه ، فإن الحركة الناتجة هي نفسها تمامًا. وبهذه الطريقة ، لغرض الحركة تكون النتيجة هي نفسها ، دفع أو سحب الجسم.

الهيئات الصلبة

ويسمى الجسم الصلب (الذي لا يشوه) لأي جسم لا يعاني من التشوهات عند تطبيق قوة خارجية عليه.

فكرة الجسد الصلب لا تتوقف عن كونها مثالية رياضية ضرورية لدراسة الحركة وأسباب حركة الأجسام.

التعريف الأكثر دقة للجسم الصلب هو ما يعرّفه كنظام لنقاط المواد ، حيث لا يتم تعديل المسافة بين النقاط المختلفة للجسم بفعل نظام قوى.

الحقيقة هي أن الهيئات والآلات الحقيقية ليست أبدًا جامدة تمامًا وتجربة تشوهات ، حتى في الحد الأدنى ، تحت تأثير القوات والتهم الموجهة إليهم.

حدود مبدأ القابلية للانتقال

مبدأ قابلية النقل يقدم بعض القيود. الأول والأكثر وضوحًا هو أن القوة أو القوى المطبقة تعمل على جسم مشوه. في هذه الحالة ، سيكون تشوه الجسم مختلفًا اعتمادًا على نقطة تطبيق القوى.

القيد الآخر هو الذي يمكن رؤيته في الحالة التالية. لنفترض أن قوتين تم تطبيقهما أفقيًا على طرفي الجسم ، كلاهما في نفس الاتجاه ولكن في الاتجاه المعاكس.

وفقًا لمبدأ قابلية النقل ، يمكن استبدال القوتين بقوتين جديدتين يتم تطبيقهما في نفس الاتجاه ، ولكن في اتجاهين معاكسين للقوات الأصلية.

لأغراض داخلية ، فإن الاستبدال لن يكون له أي نتيجة. ومع ذلك ، بالنسبة للمراقب الخارجي ، فقد يحدث تغيير أساسي: في حالة واحدة ، تكون القوات المطبقة متوترة ، وفي حالة أخرى تكون هناك تفهم.

لذلك ، من الواضح أن مبدأ قابلية النقل لا ينطبق إلا من فرضية تطبيقه على المواد الصلبة الجامدة المثالية ومن منظور المراقب الداخلي.

أمثلة

المثال الأول

تحدث حالة تطبيق مبدأ قابلية النقل عندما تريد نقل سيارة لمجموعة من الأشخاص.

ستتحرك السيارة بنفس الطريقة سواء دفعتها أو سحبتها للأمام ، طالما أن الناس يطبقون القوة على نفس الخط المستقيم.

المثال الثاني

مثال بسيط آخر يتم فيه تطبيق مبدأ قابلية النقل هو مبدأ البكرة. لغرض الحركة ، تكون نقطة الحبل الذي يتم تطبيق القوة عليه غير مبالية ، طالما يتم تطبيق نفس القدر من القوة. وبهذه الطريقة ، لا يؤثر على الحركة إذا كانت السلسلة أوسع أو أقل انتشارًا.

تمارين حلها

التمرين 1

وضح ما إذا كان مبدأ قابلية التحويل قد استوفى في الحالات التالية:

الحالة الأولى

يتم استبدال قوة 20 N تطبيقها أفقيا على جسم صلب بواسطة قوة أخرى من 15 N تطبيقها في نقطة أخرى من الجسم ، على الرغم من أن كلاهما ينطبق في نفس الاتجاه.

حل

في هذه الحالة ، لن يتم تحقيق مبدأ قابلية النقل ، على الرغم من أن القوتين مطبقتان في نفس الاتجاه ، إلا أن القوة الثانية ليس لها نفس حجم القوة الأولى. لذلك ، لم يتم استيفاء أحد الشروط التي لا غنى عنها لمبدأ قابلية النقل.

الحالة الثانية

يتم تطبيق قوة 20 N أفقيا على جسم صلب من قبل آخر أيضا من 20 N ، تطبق في نقطة أخرى من الجسم ويتم استبدال عموديا.

حل

في هذه المناسبة ، لا يتم تنفيذ مبدأ قابلية النقل لأنه على الرغم من أن للقوتين نفس الوحدة ، إلا أنهما لا يطبقان في نفس الاتجاه. مرة أخرى ، لم يتم استيفاء أحد الشروط التي لا غنى عنها لمبدأ قابلية النقل. يمكن التأكيد على أن القوتين متكافئتان.

الحالة الثالثة

يتم تطبيق قوة 10 N أفقياً على جسم صلب من قبل آخر أيضًا 10 N تطبق في نقطة أخرى من الجسم ، ولكن على نفس الاتجاه والشعور.

حل

في هذه الحالة ، يتم تحقيق مبدأ قابلية النقل ، نظرًا لأن القوتين لهما نفس الحجم ويتم تطبيقهما في نفس الاتجاه والشعور. استيفاء جميع الشروط اللازمة لمبدأ القابلية للانتقال. يمكن التأكيد على أن القوتين متكافئتان.

الحالة الرابعة

تنزلق القوة في اتجاه خط عملها.

حل

في هذه الحالة ، يتم الوفاء بمبدأ القابلية للانتقال ، نظرًا لأن حجم القوة المطبقة لا يتغير ويتحرك في خط عملها ، لأنه بنفس القوة. مرة أخرى يتم استيفاء جميع الشروط اللازمة لمبدأ القابلية للانتقال.

التمرين 2

يتم تطبيق قوتين خارجيتين على جسم صلب. يتم تطبيق القوتين في نفس الاتجاه وفي نفس الاتجاه. إذا كانت الوحدة الأولى 15 نيوتن والثانية 25 ثانية ، فما الشروط التي يجب أن تفي بها قوة خارجية ثالثة تحل محل القوة الناتجة عن الشرطين السابقين بمبدأ القابلية للانتقال؟