Spēki diega svārsta kustībā: uzdevumu risināšana
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Identifying force vectors for pendulum: Worked example
Transkripts:
00:00
- [Lektors] Mums ir teikts, ka auklā iesieta bumbiņa
00:03
kustas pa horizontālu apli ar nemainīgu ātrumu,
00:06
kā parādīts zemāk.
00:08
Aukla ar horizontāli veido leņķi teta.
00:12
Kuras bultas attēlo visus spēkus, kas darbojas uz bumbiņu?
00:17
Apturi šo video un pamēģini to noskaidrot.
00:22
Labi, atrisināsim šo kopā.
00:25
Šī bumbiņa ir piesieta pie auklas,
00:28
un tā karājas auklā,
00:29
un, manuprāt, varam teikt,
00:31
ka mēs esam uz kādas planētas.
00:33
Un tātad, ja mēs esam uz kādas planētas,
00:36
uz bumbiņu noteikti darbosies smaguma spēks,
00:38
tāpēc ļauj man uzzīmēt šo vektoru.
00:42
Smaguma spēku es zīmēšu oranžā krāsā.
00:45
Pieņemsim, ka tas izskatās apmēram šādi.
00:47
Tā lielumu es apzīmēšu ar lielo burtu F
00:51
ar apakšindeksu g tieši šeit.
00:54
Kas neļauj bumbiņai paātrināties lejup?
00:59
Un kas notur bumbiņu
01:01
šajā vienmērīgajā kustībā pa riņķa līniju?
01:04
Atbilde uz abiem šiem jautājumiem
01:06
ir sastiepuma spēks auklā.
01:09
Atceries, sastiepuma spēks ir velkošs spēks.
01:11
Aukla velk bumbiņu.
01:13
Un tātad, mēs varētu teikt, ka spēks,
01:16
sastiepuma spēks varētu izskatīties apmēram šādi,
01:22
spēks, sastiepuma spēks.
01:27
Tikai ar to vien mēs esam izveidojuši brīvā ķermeņa diagrammu,
01:31
un varam uzreiz atbildēt uz jautājumu,
01:33
kādi spēki darbojas uz bumbiņu,
01:35
kuras bultas tos attēlo.
01:37
Ir viens spēks, kas vērsts lejup,
01:38
un vēl viens, kas vērsts auklas virzienā,
01:41
un, ja tu apskati šos variantus,
01:42
tu teiktu, ka tas ir šis te.
01:45
Daži no jums varētu teikt: "Paga, pagaidi.
01:47
"Vai tad nav kaut kāds centrtieces spēks,
01:51
"kas notur bumbiņu kustībā pa apli,
01:53
"kas neļauj tai vienkārši aizlidot taisni prom?
01:56
"Un vai tad nav vēl kāds spēks,
01:58
"kas līdzsvaro smaguma spēku?"
02:01
Un atbilde uz šo jautājumu ir — jā, ir,
02:03
bet tie patiesībā ir tikai sastiepuma spēka komponentes.
02:07
Un tātad, ja apskatām sastiepuma spēka X komponenti,
02:10
es to iezīmēšu zilā krāsā tieši šeit,
02:13
šī sastiepuma spēka X komponente,
02:16
to es saukšu par F ar apakšindeksu Tx, tas ir mūsu centrtieces spēks,
02:22
vai arī, ka sastiepuma spēka X komponentes lielums
02:24
ir tas pats, kas mūsu centrtieces spēka lielums.
02:30
Ja mēs apskatām mūsu sastiepuma spēka Y komponenti,
02:34
sastiepuma spēka Y komponente,
02:36
tā ir tā, kas līdzsvaro smaguma spēku.
02:40
Šīs komponentes lielums ir F ar apakšindeksu Ty,
02:44
un F ar apakšindeksu Ty, šis lielums, būs vienāds
02:48
ar smaguma spēka lielumu.
02:51
Bet mēs jau atbildējām uz jautājumu,
02:52
un tikai ieguvām nedaudz labāku intuīciju
02:54
par to, kas šeit notiek.
Eksperta komentārs
Video tiek aplūkota situācija, kurā lodīte, iekārta diegā, vienmērīgi rotē horizontālā plaknē. Uzmanības centrā ir jautājums par spēku virzienu pareizu attēlojumu, izvēloties no vairākiem piedāvātajiem variantiem. Tādējādi tiek pārbaudīta izpratne par to, kādi spēki patiesībā darbojas uz lodīti un kādas ir to lomas kustībā.
Video gaitā tiek uzdoti divi būtiski konceptuāli jautājumi: – kas notur lodīti no nokrišanas lejup? – kas notur lodīti kustībā pa riņķa līniju?
Tiek secināts, ka lodīti no krišanas notur diega sastiepuma spēka vertikālā komponente, kas līdzsvaro smaguma spēku. Savukārt kustību pa riņķa līniju nodrošina diega sastiepuma spēka horizontālā komponente, kas rada centrtieces paātrinājumu. Video uzsver, ka centrtieces paātrinājumu nenodrošina atsevišķs spēks, bet gan viena no jau esoša spēka komponentēm.
Šī situācija kalpo kā piemērs tam, kā viens spēks vienlaikus var pildīt vairākas funkcijas, atkarībā no tā sadalījuma komponentēs.
Jēdzieni: smaguma spēks (gravitācijas spēks), diega sastiepuma spēks, spēka komponentes.