Сила натяжения нити: определение и её значение

Понятие силы натяжения

Термин описывает физическое явление, которое проявляется от давления на противоположные концы объекта. Давление приводит к тому, что предмет испытывает упругое деформацию формы, а после устранения воздействия возвращается к первоначальному состоянию. Шнур и веревка, например обладают особенностью: их длина значительно больше ширины.

Силу натяжения обозначают буквой T. Символ служит для удобства  расчетов, необходимо точное описание и представление физических процессов, связанных с упругостью, деформацией материалов.

В быту находим примеры, когда возникает необходимость применять усилие:

• при перемещении саней с помощью веревки испытывает натянутость между санями и противоположным концом;
• для поддержания флага в воздухе применяется веревка;
• в экстремальном виде спорта — зиплайне, вес человека держится специальным канатом;
• прыжки на тарзанке, когда всё, что отделяет человека от опасности, —  натянутой веревкой;
• струны гитары натянуты между мостом и колками, позволяет гитаристу играть мелодии.

Единицы измерения

В международной системе единиц (СИ) для определения силы натяжения применяется Ньютон, обозначаемый как Н, единица может быть выражена в килограммах на квадратный метр (кг/м²).

Натяжение описывается с помощью определенной структуры, обозначенной как M1L1T-2. Обозначения M представляет  массу, L  —  длина, T указывает на время. Три физические величины составляют основу понимания, измерения.

В процессе изучения физических явлений необходимы точные расчеты, которые помогут понять, какое натяжение необходимо чтобы трос или струна могли выполнять функции.

Существует формула, которая может быть использована для вычисления:

• если предмет, к которому прикреплена струна, движется вверх, то формула для определения силы натяжения T выглядеть так: T = W+ma, T обозначает силу натяжения, W — масса, ma представляет  ускорение, которое объект получает в результате движения вверх;
• когда тело движется вниз, формула для расчета натяжения струны меняется: T = W – ma. Здесь T обозначает силу натяжения, W — масса, ma ускорение, которое объект получает в результате движения вниз;
• когда натяжение струны или троса равно весу объекта, то формула для расчета принимает форму: T = W. Полностью компенсирует вес, он ни поднимается, ни опускается.

Формулы отражают различные ситуации, в которых может находиться объект на каждый отдельный момент времени. Здесь:

• T обозначает силу натяжения.
• W представляет собой массу объекта (W = мг).
• a – величина ускорения.
• m – масса.

Примеры задач

На конечном участке провода укреплён предмет массой 4 килограмма, который испытывает подъёмную силу, равную 7 метров в секунду в квадрате.
Необходимо выявить величину силы, воздействующей на провод.

Сначала определим силу гравитационного притяжения:

W = m × g

где W — сила тяжести, m — масса предмета, g — ускорение свободного падения.

W = 4 кг × 9,8 м/с² = 39,2 Н.

Далее вычислим силу, необходимую для противостояния ускорению:

T = m × a

где T — сила, необходимая для противодействия ускорению, m — масса предмета, a — ускорение.

T = 4 кг × 7 м/с² = 28 Н.

Рассчитаем итоговую силу:

T = W + T

Подставим ранее вычисленные значения:

T = 39,2 Н + 28 Н = 67,2 Н.

Таким образом, натяжение провода равно 67,2 Н