כוחות בחוט

חוט מתוח מפעיל כח משיכה על כל מי שאוחז בקצותיו. לעיתים מכנים את הכח שמפעיל החוט בשם 'מתיחות' ומציינים אותו באות T (לציון המילה האנגלית tension - מתיחות). אנו נעסוק בחוטים קלים, בהם ניתן לומר בקירוב טוב שהמתיחות נשמרת קבועה לכל אורכם. משמעות הדבר היא, שברוב הדוגמאות שנראה, החוט מפעיל אותו כח על מי שאוחז בצד אחד שלו ועל מי שאוחז בצד השני. בסרט שבסוף העמוד נבין יותר טוב מדוע.

חשוב מאד לזכור ולהקפיד- כשאנחנו משרטטים כוחות הפועלים על גוף, ואחד הכוחות הוא מתיחות בחוט, תמיד נשרטט חץ המושך את הגוף. עבור גוף בקצהו השני של החוט כיוון החץ יתהפך. ובקיצור, כיוון הכח הרלוונטי בחוט תלוי בשאלה על איזה גוף מדובר.

נתבונן בסרט הממחיש את החוק הראשון של ניוטון דרך כוחות מתיחות בחוטים:

כוחות בקפיץ

הקפיץ שונה מהחוט בשני דברים עיקריים:

• קפיץ יכול להפעיל גם כוחות משיכה (כאשר הוא מתוח), וגם כוחות דחיה (כאשר הוא מכווץ).
• אורכו של הקפיץ סוטה מהאורך הטבעי שלו (=האורך שלו במצב רפוי) ביחס ישר לכח אותו הוא מפעיל. כח הקפיץ קשור לסטיה מאורכו הטבעי דרך הנוסחה

F=-K×Dx

כאשר K הוא מספר המיוחד לכל קפיץ, הנקרא 'קבוע הקפיץ', F הוא הכח, ו-Dx הוא שיעור ההתארכות או ההתכווצות של הקפיץ.

את תפקיד המינוס שלפני ה-K ננסה להבין דרך המקרים הנ"ל:

• כאשר הקפיץ מכווץ, Dx שלילי (ראש הקפיץ והמסה המחוברת אליו נמצאים שמאלה מנקודת שיוי המשקל). הקפיץ יוצר כח הדוחף את הגוף ימינה, כלומר, כח חיובי. כדי לקבל סימן חיובי בנוסחת הכח, יש צורך במינוס לפני ה-K.

•  המצבההפוך הוא כאשר הקפיץ מתוח. עכשיו Dx חיובי (המסה נמצאת מימין לנקודת שיווי המשקל), והכח שלילי (כח משיכה לכיוון השלילי). סימן הכח מסתדר שוב בגלל המינוס שלפני ה-K.

נראה סרט קצר העוסק במתיחות בחוטים, קפיצים, ובהתנהגות המתיחות לאורך חבל עבה: