نیروهای وارد بر یک جامد الاستیک که توسط خلاء یا هوا احاطه شده است

View Categories

نیروهای وارد بر یک جامد الاستیک که توسط خلاء یا هوا احاطه شده است

2 min read

نیروهای وارد بر یک جامد الاستیک که توسط خلاء یا هوا احاطه شده است
جامد (ماده 1) را در نظر بگیرید که با خلاء احاطه شده است (ماده 2). طبیعی است که نیروی سطحی روی مرز بین مواد با جامد مرتبط شود. در بسیاری از کاربردها هوا را می توان با خلاء تقریب زد.
در عمل، معادله موازنه نیرو نیز باید شامل نیروی مرزی خارجی ext باشد . در قسمت‌هایی از مرز که لازم است سهم‌های تانسور تنش را که به آن علاقه‌ای ندارید یا اطلاعات کافی در مورد آن ندارید، جبران کنید، غیرصفر است. این مشارکت ها از تأثیر حوزه های مجاور ناشی می شود. با تقریب محیط اطراف توسط خلاء یا هوا، تأثیر این مرزها و حوزه‌های مجاور آنها (که بخشی از مدل ما نیستند) بر میدان‌های الکترومغناطیسی نادیده گرفته می‌شوند.
در مرز، معادلات زیر اعمال می شود:
نیروی مرزی خارجی ext می تواند نشان دهنده نیروی واکنش از جسم دیگری باشد که جامد به آن متصل است.
معادلات موازنه نیروها روی جامد اکنون تبدیل می شوند
برای محاسبه نیروی کل F روی جامد، این معادلات باید در کل جامد و مرز جامد/خلاء ادغام شوند.
با توجه به قضیه واگرایی:
این بدان معنی است که نیروی خارجی
برای متعادل کردن عبارت انتگرال مرزی تانسور تنش در خلاء اطراف مورد نیاز است
برای ثابت نگه داشتن جامد یعنی ext 0 . اگر نیروهای خارجی به طور ناگهانی حذف شوند، جامد دیگر ساکن نیست، اما F باعث می شود جامد با شتاب اولیه شروع به حرکت کند.
که m جرم کل و a شتاب جامد است.
به طور خلاصه، نیروی کل، F ، به عنوان یک انتگرال مرزی تانسور تنش در خلاء در خارج از جامد محاسبه می شود. برای به دست آوردن این نتیجه، سهم گرادیان فشار هوا نادیده گرفته شده است. این معادل با این فرض است که ∇  ·  =  0 . یک درمان دقیق تر نشان می دهد که گرادیان فشار با نیروی بالابر (شناوری) روی جامد کمک می کند.