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• Méthode 1 sur 2: Détermination de la force de traction sur un seul brin
• Méthode 2 sur 2: Calcul de la force de traction sur plusieurs brins

En physique, une force de traction est une force agissant sur une corde, un cordon, un câble ou un objet ou un groupe d'objets similaire. Tout ce qui est tiré, suspendu, soutenu ou balancé par une corde, un cordon, un câble, etc., est soumis à une force de traction. Comme toutes les forces, la tension peut accélérer les objets ou les déformer.La capacité de calculer la force de traction est une compétence importante non seulement pour les étudiants en physique, mais aussi pour les ingénieurs, les architectes ; Ceux qui construisent des maisons stables doivent savoir si une corde ou un câble particulier résistera à la force de traction du poids de l'objet afin qu'il ne s'affaisse pas ou ne s'effondre pas. Commencez à lire l'article pour apprendre à calculer la force de traction dans certains systèmes physiques.

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Méthode 1 sur 2: Détermination de la force de traction sur un seul brin

1. 1 Déterminer les forces à chaque extrémité du fil. La force de traction d'un fil donné, la corde, est le résultat des forces de traction de la corde à chaque extrémité. Nous vous rappelons force = masse × accélération... En supposant que la corde soit tendue, tout changement dans l'accélération ou la masse d'un objet suspendu à la corde modifiera la tension de la corde elle-même. N'oubliez pas l'accélération constante de la gravité - même si le système est au repos, ses composants sont des objets de l'action de la gravité. Nous pouvons supposer que la force de traction d'une corde donnée est T = (m × g) + (m × a), où "g" est l'accélération de la gravité de l'un des objets supportés par la corde, et "a" est toute autre accélération, agissant sur des objets.
   • Pour résoudre de nombreux problèmes physiques, nous supposons corde parfaite - en d'autres termes, notre corde est fine, n'a pas de masse et ne peut ni s'étirer ni se casser.
   • A titre d'exemple, considérons un système dans lequel une charge est suspendue à une poutre en bois à l'aide d'une seule corde (voir image). Ni la charge elle-même ni la corde ne bougent - le système est au repos. En conséquence, nous savons que pour que la charge soit en équilibre, la force de tension doit être égale à la force de gravité. En d'autres termes, la force de traction (F_t) = gravité (F_g) = m × g.
     • Supposons que la charge a une masse de 10 kg, par conséquent, la force de traction est de 10 kg × 9,8 m / s = 98 Newtons.
2. 2 Pensez à l'accélération. La gravité n'est pas la seule force qui peut affecter la force de traction d'une corde - toute force appliquée à un objet sur la corde avec une accélération produit le même effet. Si, par exemple, un objet suspendu à une corde ou à un câble est accéléré par une force, la force d'accélération (masse × accélération) est ajoutée à la force de traction générée par le poids de cet objet.
   • Supposons, dans notre exemple, qu'un poids de 10 kg soit suspendu à une corde et qu'au lieu d'être attaché à une poutre en bois, il soit tiré vers le haut avec une accélération de 1 m/s. Dans ce cas, nous devons tenir compte de l'accélération de la charge, ainsi que de l'accélération de la gravité, comme suit :
     • F_t = F_g + m × a
     • F_t = 98 + 10 kg × 1 m/s
     • F_t = 108 Newtons.
3. 3 Considérez l'accélération angulaire. Un objet sur une corde tournant autour d'un point considéré comme le centre (comme un pendule) exerce une tension sur la corde par force centrifuge. La force centrifuge est la force de traction supplémentaire que la corde crée en la "poussant" vers l'intérieur de sorte que la charge continue de se déplacer en arc plutôt qu'en ligne droite. Plus l'objet se déplace rapidement, plus la force centrifuge est grande. Force centrifuge (F_c) est égal à m × v / r où "m" est la masse, "v" est la vitesse et "r" est le rayon du cercle le long duquel la charge se déplace.
   • Étant donné que la direction et la valeur de la force centrifuge changent en fonction de la façon dont l'objet se déplace et change sa vitesse, la tension totale sur la corde est toujours parallèle à la corde au point central. Rappelez-vous que la force de gravité agit constamment sur l'objet et le tire vers le bas. Donc, si l'objet oscille verticalement, pleine tension le plus fort au point le plus bas de l'arc (pour un pendule, c'est ce qu'on appelle le point d'équilibre), lorsque l'objet atteint sa vitesse maximale, et le plus faible au sommet de l'arc lorsque l'objet ralentit.
   • Supposons que dans notre exemple, l'objet n'accélère plus vers le haut, mais se balance comme un pendule. Que notre corde mesure 1,5 m de long et que notre charge se déplace à une vitesse de 2 m / s, lors du passage par le point le plus bas de la balançoire.Si nous devons calculer la force de tension au point le plus bas de l'arc, lorsqu'elle est la plus élevée, nous devons d'abord déterminer si la charge subit une pression de gravité égale à ce point, comme à l'état de repos - 98 Newtons. Pour trouver une force centrifuge supplémentaire, nous devons résoudre les problèmes suivants :
     • F_c = m × v / r
     • F_c = 10 × 2/1.5
     • F_c = 10 × 2,67 = 26,7 Newtons.
     • Ainsi, la tension totale sera de 98 + 26,7 = 124,7 Newtons.
4. 4 Notez que la force de traction due à la gravité change à mesure que la charge se déplace à travers l'arc. Comme indiqué ci-dessus, la direction et l'amplitude de la force centrifuge changent lorsque l'objet se balance. Dans tous les cas, bien que la force de gravité reste constante, force de traction nette due à la gravité change aussi. Lorsque l'objet oscillant est ne pas au point le plus bas de l'arc (point d'équilibre), la gravité le tire vers le bas, mais la force de traction le tire vers le haut selon un angle. Pour cette raison, la force de traction doit résister à une partie de la force de gravité, et non à sa totalité.
   • Diviser la force de gravité en deux vecteurs peut vous aider à visualiser cet état. En tout point de l'arc d'un objet oscillant verticalement, la corde fait un angle « θ » avec une ligne passant par le point d'équilibre et le centre de rotation. Dès que le pendule commence à osciller, la force gravitationnelle (m × g) est divisée en 2 vecteurs - mgsin (θ), agissant tangentiellement à l'arc dans la direction du point d'équilibre et mgcos (θ), agissant parallèlement à la tension force, mais en sens inverse. La tension ne peut résister qu'à mgcos (θ) - la force dirigée contre elle - pas à toute la force gravitationnelle (sauf au point d'équilibre, où toutes les forces sont les mêmes).
   • Supposons que lorsque le pendule est incliné de 15 degrés par rapport à la verticale, il se déplace à une vitesse de 1,5 m/s. On trouvera la force de traction par les actions suivantes :
     • Le rapport de la force de traction à la force gravitationnelle (T_g) = 98cos (15) = 98 (0,96) = 94,08 Newtons
     • Force centrifuge (F_c) = 10 × 1,5 / 1,5 = 10 × 1,5 = 15 Newtons
     • Pleine tension = T_g + F_c = 94,08 + 15 = 109,08 Newtons.
5. 5 Calculer le frottement. Tout objet qui est tiré par la corde et subit une force de "freinage" due au frottement d'un autre objet (ou fluide) transfère cet effet à la tension de la corde. La force de frottement entre deux objets est calculée de la même manière que dans n'importe quelle autre situation - en utilisant l'équation suivante : Force de frottement (généralement notée F_r) = (mu) N, où mu est le coefficient de la force de frottement entre les objets et N est la force habituelle d'interaction entre les objets, ou la force avec laquelle ils s'appuient les uns sur les autres. Notez que la friction au repos - la friction qui se produit en essayant de mettre un objet au repos en mouvement - est différente de la friction du mouvement - la friction qui résulte de la tentative de forcer un objet en mouvement à continuer de bouger.
   • Supposons que notre charge de 10 kg ne se balance plus, maintenant elle est remorquée horizontalement avec une corde. Supposons que le coefficient de frottement du mouvement de la terre soit de 0,5 et que notre charge se déplace à une vitesse constante, mais nous devons lui donner une accélération de 1 m / s. Ce problème introduit deux changements importants - d'abord, nous n'avons plus besoin de calculer la force de traction par rapport à la gravité, puisque notre corde ne supporte pas le poids. Deuxièmement, nous devrons calculer la tension due au frottement ainsi qu'à l'accélération de la masse de la charge. Nous devons décider ce qui suit :
     • Force ordinaire (N) = 10kg & × 9.8 (accélération par gravité) = 98 N
     • Force de frottement de mouvement (F_r) = 0,5 × 98 N = 49 Newtons
     • Force d'accélération (F_une) = 10 kg × 1 m / s = 10 Newtons
     • Tension totale = F_r + F_une = 49 + 10 = 59 Newtons.

Méthode 2 sur 2: Calcul de la force de traction sur plusieurs brins

1. 1 Soulevez des poids parallèles verticaux avec une poulie. Les poulies sont des mécanismes simples constitués d'un disque suspendu qui permet d'inverser le sens de la force de traction de la corde. Dans une configuration de bloc simple, la corde ou le câble va de la charge suspendue jusqu'au bloc, puis vers une autre charge, créant ainsi deux sections de corde ou de câble. Dans tous les cas, la tension dans chacune des sections sera la même, même si les deux extrémités sont tirées par des forces de grandeurs différentes. Pour un système de deux masses suspendues verticalement dans un bloc, la force de traction est de 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁), où "g" est l'accélération de la pesanteur, "m₁"Est-ce la masse du premier objet," m₂»Est la masse du deuxième objet.
   • Notez ce qui suit, les problèmes physiques supposent que les blocs sont parfaits - n'ont pas de masse, de frottement, ils ne cassent pas, ne se déforment pas et ne se séparent pas de la corde qui les supporte.
   • Supposons que nous ayons deux poids suspendus verticalement aux extrémités parallèles de la corde. Une charge a une masse de 10 kg et l'autre a un poids de 5 kg. Dans ce cas, nous devons calculer les éléments suivants :
     • T = 2g (m₁) (m₂) / (m₂+ m₁)
     • T = 2 (9,8) (10) (5) / (5 + 10)
     • T = 19,6 (50) / (15)
     • T = 980/15
     • T = 65,33 newtons.
   • Notez que, puisqu'un poids est plus lourd, tous les autres éléments sont égaux, ce système commencera à accélérer, par conséquent, un poids de 10 kg se déplacera vers le bas, forçant le deuxième poids à monter.
2. 2 Suspendez les poids à l'aide de blocs avec des cordes verticales non parallèles. Les blocs sont souvent utilisés pour diriger la force de traction dans une direction autre que vers le haut ou vers le bas. Si, par exemple, une charge est suspendue verticalement à une extrémité de la corde et que l'autre extrémité retient la charge dans un plan diagonal, alors le système de blocs non parallèles prend la forme d'un triangle avec des angles aux points avec le premier charge, la seconde et le bloc lui-même. Dans ce cas, la tension dans la corde dépend à la fois de la force de gravité et de la composante de la force de traction, qui est parallèle à la partie diagonale de la corde.
   • Supposons que nous ayons un système avec une charge de 10 kg (m₁), suspendu verticalement, relié à une charge de 5 kg (m₂) situé sur un plan incliné de 60 degrés (on pense que cette pente ne donne pas de frottement). Pour trouver la tension dans la corde, le moyen le plus simple est d'abord d'écrire des équations pour les forces qui accélèrent les poids. Ensuite, nous agissons comme ceci:
     • La charge suspendue est plus lourde, il n'y a pas de frottement, on sait donc qu'elle accélère vers le bas. La tension dans la corde tire vers le haut de sorte qu'elle accélère par rapport à la force résultante F = m₁(g) - T, ou 10 (9,8) - T = 98 - T.
     • Nous savons qu'une charge sur un plan incliné accélère vers le haut. Puisqu'il n'y a pas de friction, nous savons que la tension tire la charge vers le haut de l'avion et la tire vers le bas seulement votre propre poids. La composante de la force tirant vers le bas est calculée en mgsin (θ), donc dans notre cas, nous pouvons conclure qu'elle accélère par rapport à la force résultante F = T - m₂(g) sin (60) = T - 5 (9,8) (0,87) = T - 42,14.
     • Si nous égalisons ces deux équations, nous obtenons 98 - T = T - 42,14. Trouvez T et obtenez 2T = 140,14, ou T = 70,07 Newtons.
3. 3 Utilisez plusieurs brins pour accrocher l'objet. Pour conclure, imaginons que l'objet soit suspendu à un système de cordes "en forme de Y" - deux cordes sont fixées au plafond et se rejoignent au point central d'où vient la troisième corde avec une charge. La force de traction de la troisième corde est évidente - une simple traction due à la gravité ou m (g). Les tensions sur les deux autres cordes sont différentes et devraient s'additionner à une force égale à la gravité vers le haut en position verticale et nulle dans les deux directions horizontales, en supposant que le système est au repos. La tension de la corde dépend du poids des charges suspendues et de l'angle selon lequel chaque corde est déviée du plafond.
   • Supposons que dans notre système en forme de Y, le poids inférieur a une masse de 10 kg et est suspendu par deux cordes, dont l'une est à 30 degrés du plafond et l'autre à 60 degrés. Si nous devons trouver la tension dans chacune des cordes, nous devons calculer les composantes horizontale et verticale de la tension. Pour trouver T₁ (tension de la corde dont la pente est de 30 degrés) et T₂ (tension de cette corde dont la pente est de 60 degrés), vous devez décider :
     • Selon les lois de la trigonométrie, la relation entre T = m (g) et T₁ et T₂ égal au cosinus de l'angle entre chacune des cordes et le plafond. Pour T₁, cos (30) = 0,87, comme pour T₂, cos (60) = 0,5
     • Multipliez la tension dans la corde inférieure (T = mg) par le cosinus de chaque angle pour trouver T₁ et T₂.
     • T₁ = 0,87 × m (g) = 0,87 × 10 (9,8) = 85,26 Newtons.
     • T₂ = 0,5 × m (g) = 0,5 × 10 (9,8) = 49 Newtons.