חיישן כוח בחוט

חיישן כוח בחוט - שני גופים מחוברים

במערכת בה שני גופים (A ו-B) מחוברים זה לזה בחוט (שמסתו זניחה), חיישן כוח יכול למדוד את מתיחות החוט המחבר ביניהם ברציפות, לרוב כפונקציה של הזמן.

ניתוח מערכת - שיטת המערכת השלמה

כאשר כוח חיצוני F פועל על אחד הגופים (למשל דרך חוט נוסף המושך את גוף A), ושני הגופים נעים יחד באותה תאוצה, ניתן לחשב את התאוצה המשותפת על ידי התייחסות לשני הגופים כמערכת אחת:

$$ F - (m_A+m_B)g = (m_A+m_B)a $$

(במקרה של תנועה אנכית כלפי מעלה, כאשר כוח המשקל מתנגד לכיוון התנועה)

ניתוח גוף בודד - מציאת מתיחות החוט המחבר

כדי למצוא את מתיחות החוט המחבר בין A ל-B (זו שהחיישן מודד), יש לבודד גוף אחד בלבד ולכתוב את משוואת ניוטון עבורו בנפרד:

$$ T - m_Bg = m_Ba $$

יש לבחור את הגוף שעליו פועלים פחות כוחות (בדרך כלל הגוף שאינו מחובר ישירות לכוח החיצוני), כך שהמשוואה תהיה הפשוטה ביותר.

קריאת גרף כוח כתלות בזמן

כאשר הכוח החיצוני F אינו קבוע אלא משתנה בזמן (ומוצג כגרף), יש לזהות בקטעים שונים של הגרף:

• קטעים בהם הכוח קבוע - התאוצה קבועה, ניתן להשתמש ישירות במשוואות ניוטון.
• קטעים בהם הכוח משתנה בקצב קבוע (ליניארי) - התאוצה משתנה בהתאם, ויש לבטא אותה כפונקציה של הזמן.
• הערך ההתחלתי של הגרף (ב-t=0) - לרוב מבטא את משקל המערכת בטרם הופעל כוח נוסף, ומאפשר לחשב את מסת המערכת.

שינוי בתנאי המערכת - ניתוק וכוחות חדשים

בתרחישים בהם חוט נקרע או כוח מפסיק לפעול, ולאחר מכן מופעל כוח חדש על חלק מהמערכת בלבד:

• יש לזהות מחדש אילו כוחות פועלים על כל גוף בנפרד לאחר השינוי.
• אם שני הגופים כבר אינם מחוברים, יש לנתח כל גוף בנפרד עם משוואת ניוטון משלו.
• יש לבדוק אם הגוף מאיץ, נע במהירות קבועה, או במנוחה - כל מצב מוביל למשוואה שונה.

זיהוי תרשים כוחות נכון

כאשר נדרש לבחור בין מספר תרשימי כוחות אפשריים, יש לבדוק:

• האם כל הכוחות הפועלים על הגוף מיוצגים (משקל, מתיחות, כוח חיצוני, נורמל אם רלוונטי).
• האם כיוון כל כוח וגודלו היחסי (אורך החץ) עקביים עם כיוון התאוצה הידוע של הגוף.
• האם סכום הכוחות בתרשים מתיישב עם משוואת ניוטון שכתבתם עבור אותו גוף.