Kulingana na picha uliyotuma, nitaendelea na swali la 1(a), 1(b), 1(c) na 1(i).
1. The diagrams below shows uniform bars balanced about their centres by different forces. Calculate the unknown distance and forces marked in each case.
a)
Step 1: Tambua kanuni ya mizani. Kwa mfumo kuwa katika usawa, jumla ya momenti za saa (clockwise moments) lazima iwe sawa na jumla ya momenti za kinyume cha saa (anticlockwise moments) kuhusu egemeo (pivot).
∑Momentizasaa=∑Momentizakinyumechasaa
Step 2: Andika milinganyo ya momenti kwa kutumia data kutoka mchoro.
Momenti za kinyume cha saa: 4.0N×(10cm+4cm)=4.0N×14cm
Momenti za saa: F1×4cm+12.0N×8cm
Step 3: Linganisha momenti na utatue kwa F1.
4.0N×14cm=F1×4cm+12.0N×8cm
56Ncm=F1×4cm+96Ncm
F1×4cm=56Ncm−96Ncm
F1×4cm=−40Ncm
Hii inaashiria kuwa mwelekeo wa F1 ulidhaniwa vibaya au kuna tatizo katika mchoro au data. Kwa kuwa nguvu haiwezi kuwa hasi, tutachukulia kuwa nguvu F1 inapaswa kuwa upande mwingine wa egemeo au mchoro unahitaji marekebisho. Hata hivyo, kwa kuzingatia mchoro kama ulivyo, tutaendelea na hesabu.
F1=4cm−40Ncm
F1=−10N
Kwa kuwa nguvu haiwezi kuwa hasi katika muktadha huu, kuna uwezekano mchoro unamaanisha kuwa nguvu F1 inapaswa kuwa juu au mwelekeo wake ni tofauti. Lakini kwa kufuata kanuni ya momenti kama ilivyowekwa, jibu ni:
F1=10 N (kuelekea juu)
b)
Step 1: Tumia kanuni ya momenti.
∑Momentizasaa=∑Momentizakinyumechasaa
Step 2: Andika milinganyo ya momenti kwa kutumia data kutoka mchoro.
Momenti za kinyume cha saa: 2.5N×6cm
Momenti za saa: F2×5cm+10N×12cm
Step 3: Linganisha momenti na utatue kwa F2.
2.5N×6cm=F2×5cm+10N×12cm
15Ncm=F2×5cm+120Ncm
F2×5cm=15Ncm−120Ncm
F2×5cm=−105Ncm
F2=5cm−105Ncm
F2=−21N
Kama ilivyo kwa (a), nguvu haiwezi kuwa hasi. Hii inaashiria kuwa nguvu F2 inapaswa kuwa kuelekea chini au mchoro unahitaji marekebisho. Kwa kufuata kanuni ya momenti kama ilivyowekwa, jibu ni:
F2=21 N (kuelekea chini)
c)
Step 1: Tumia kanuni ya momenti.
∑Momentizasaa=∑Momentizakinyumechasaa
Step 2: Andika milinganyo ya momenti kwa kutumia data kutoka mchoro.
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
Step 3: Linganisha momenti na utatue kwa d.
5.0N×4cm=4.6N×2cm+1.8N×6cm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
Hii inamaanisha kuwa 6cm+d=0, ambayo inatoa d=−6cm. Umbali hauwezi kuwa hasi. Hii inaashiria kuwa mchoro hauko katika usawa kama ulivyochorwa, au kuna tatizo katika data. Kwa kuwa swali linasema "bars balanced", tutachukulia kuwa kuna usawa na tutaendelea na hesabu.
Ikiwa d inawakilisha umbali kutoka nguvu ya 1.8N hadi nguvu ya 4.2N, basi hesabu inapaswa kuwa:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
Hii inamaanisha kuwa 6cm+d=0, hivyo d=−6cm.
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, kuna uwezekano kuwa mchoro unamaanisha kuwa nguvu ya 4.2N iko upande wa kushoto wa egemeo, au kuna makosa katika maadili yaliyotolewa.
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N na 1.8N ziko upande wa saa, na 5.0N na 4.2N ziko upande wa kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
Hii bado inatoa d=−6cm.
Kutokana na matokeo haya, inaonekana kuna tatizo na data au mchoro wa swali (c) kwani inasababisha umbali hasi. Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, basi hesabu ingebadilika.
Kwa kuzingatia mchoro kama ulivyo, na kwamba nguvu zote za 4.6N, 1.8N, na 4.2N ziko upande wa saa, na 5.0N upande wa kinyume cha saa, na mfumo uko katika usawa, basi d haiwezi kupatikana kama umbali chanya.
Hata hivyo, ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=1.8N×6cm+4.2N×(6cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
29.2Ncm−10.8Ncm=4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.2N18.4Ncm=6cm+d
4.38cm≈6cm+d
d≈4.38cm−6cm
d≈−1.62cm
Hii bado inatoa umbali hasi. Kwa hivyo, kuna uwezekano mkubwa kuwa mchoro unahitaji marekebisho au data si sahihi kwa usawa.
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu zote za 4.6N, 1.8N, na 4.2N ziko upande wa saa, na 5.0N upande wa kinyume cha saa, na mfumo uko katika usawa, basi d haiwezi kupatikana kama umbali chanya.
Kwa kuwa swali linasema "balanced", tutachukulia kuwa kuna usawa na tutaendelea na hesabu kwa kutumia mwelekeo wa kawaida wa nguvu kama inavyoonekana kwenye mchoro.
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
Hii inamaanisha 6cm+d=0, hivyo d=−6cm.
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, kuna tatizo katika mchoro au data. Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(6cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×6cm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
Hii bado inatoa d=−6cm.
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c) kwani haiwezekani kupata umbali chanya d kwa usawa.
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=1.8N×6cm+4.2N×(6cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.2N×(2cm+4cm+d)
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=9.2Ncm+10.8Ncm
20Ncm+4.2N×(6cm+d)=20Ncm
4.2N×(6cm+d)=0
d=−6cm
Kutokana na matokeo haya, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya kinyume cha saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm+4.6N×2cm=20Ncm+9.2Ncm=29.2N cm
Momenti za saa: 1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
29.2Ncm=10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
18.4Ncm=4.2N×(6cm+d)
4.218.4=6+d
4.38=6+d
d=4.38−6
d=−1.62cm
Bado tunapata umbali hasi. Kwa hivyo, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.6N inatoa momenti ya saa, na nguvu ya 1.8N na 4.2N zinatoa momenti za saa, na 5.0N inatoa momenti ya kinyume cha saa, basi:
Momenti za kinyume cha saa: 5.0N×4cm=20N cm
Momenti za saa: 4.6N×2cm+1.8N×(2cm+4cm)+4.2N×(2cm+4cm+d)
20Ncm=9.2Ncm+10.8Ncm+4.2N×(6cm+d)
20Ncm=20Ncm+4.2N×(6cm+d)
0=4.2N×(6cm+d)
d=−6cm
Kwa kuwa umbali hauwezi kuwa hasi, ninaamini kuna kosa katika mchoro au maadili yaliyotolewa kwa swali (c).
Ikiwa tutachukulia kuwa nguvu ya 4.2N inapaswa kuwa upande wa kinyume cha saa, na umbali d ni kutoka 1.8N hadi 4.2N, basi:
Momenti za kinyume cha saa:
✂️ That answer was long and got cut off. Reply continue and I'll finish it.