Hərəkət edən və ya dayanan cismlərin tarazlıq halını başa düşmək üçün mühüm anlayışlardan biri ipin gərilmə qüvvəsidir. Həyatın müxtəlif sahələrində – istər gündəlik həyatımızda, istərsə də sənaye mühəndisliyində bu qüvvə ilə tez-tez qarşılaşırıq. Məsələn, tavandan asılmış bir lüsturun yerə düşməməsi, elektrik dirəkləri arasında çəkilmiş naqillərin gərgin durması və ya kranla qaldırılan yükün asılı vəziyyətdə qalması – bütün bu proseslərdə ipin gərilmə qüvvəsi əsas rol oynayır. Bu qüvvə, cismin çəkisini tarazlayaraq onun yerə düşməsinin qarşısını alır və sistemin sabitliyini təmin edir.
Fizikada gərilmə qüvvəsi, ip və ya halat kimi elastik olmayan maddələrin daxilində əmələ gələn və xarici təsirlərə qarşı yönəlmiş reaksiyadır. Bu qüvvə, yalnız ipin daxilində deyil, eyni zamanda ip vasitəsilə birləşdirilən cisimlər arasında əlaqənin mexaniki əsaslarını da müəyyənləşdirir. İpin çəkisi, uzunluğu, materialı və formasından asılı olaraq gərilmə qüvvəsinin miqdarı dəyişə bilər. Bu dəyişkənlik isə sistemin davranışını birbaşa təsir edir.
Gərilmə Qüvvəsinin Tərifi və Ümumi Mahiyyəti
Gərilmə qüvvəsi ip, halat, sim və ya digər oxşar bərk materiallar vasitəsilə tətbiq olunan, obyektlər arasında əlaqə yaradan və onların hərəkətini məhdudlaşdıran reaksiya qüvvəsidir. Bu qüvvə, adətən cismin çəkisini tarazlamaq və onun hərəkətini nəzarətdə saxlamaq üçün yaranır. Gərilmə qüvvəsinin istiqaməti həmişə ip boyunca olur və ipi dartmağa yönəlik şəkildə təsvir olunur.
Fiziki modellərdə gərilmə qüvvəsi adətən T hərfi ilə işarə olunur və Newton (N) ilə ölçülür. Bu qüvvənin miqdarı cismin kütləsi, ona təsir edən digər qüvvələr və sistemin tarazlıq halı ilə sıx əlaqəlidir. Sadə modellərdə ipin çəkisi nəzərə alınmaya bilər, lakin daha mürəkkəb sistemlərdə ipin öz ağırlığı və elastikliyi də hesablamaya daxil edilir.
Gərilmə Qüvvəsinin Əsas Qanunlarla Əlaqəsi
İpin gərilmə qüvvəsinin hesablanması zamanı əsasən Nyutonun ikinci qanunundan istifadə edilir: F = m·a. Bu qanuna görə, hər bir cismin üzərinə təsir edən qüvvələrin cəmi onun kütləsi ilə sürətlənməsinin hasilinə bərabərdir. Əgər cism hərəkətsizdirsə və ya sabit sürətlə hərəkət edirsə, onda üzərinə təsir edən qüvvələrin vektorial cəmi sıfıra bərabər olur.
Bu halda, ipin gərilmə qüvvəsi cismin çəkisi ilə tarazlıqda olur. Məsələn, sabit şəkildə asılmış bir cismin üzərinə iki əsas qüvvə təsir edir: aşağıya doğru çəkisi (W = m·g) və yuxarıya doğru ipin gərilmə qüvvəsi (T). Tarazlıq halında bu qüvvələr bərabərləşir: T = m·g.
Vektor Qanunları və Bucaqlı Sistemlərdə Gərilmə
Cism bir bucaq altında iki və ya daha çox ip ilə asılıbsa, hər bir ipin yaratdığı gərilmə qüvvəsi fərqli istiqamətlərə yönəlmiş olur. Bu hallarda vektorların qrafik və ya analitik cəmlənməsi ilə ümumi tarazlıq vəziyyəti təhlil edilir. Hər bir qüvvə öz istiqaməti və şiddəti ilə vektor formasında təsvir olunur və ümumi qüvvələr tarazlıqda olduqda vektor cəmləri sıfıra bərabər olmalıdır.
Bucaqlı sistemlərdə trigonometriya funksiyaları da bu hesablarda mühüm rol oynayır. Məsələn, sin və kos funksiyaları vasitəsilə gərilmə qüvvələrinin komponentləri parçalanır və tarazlıq bərpa olunur. Bu üsul xüsusilə fizika və mühəndislik sahələrində geniş tətbiq edilir.
Müxtəlif Hallarda Gərilmə Qüvvəsinin Hesablanması
İpin gərilmə qüvvəsinin hesablanması konkret situasiyadan asılı olaraq dəyişə bilər. Məsələn, sadə bir dikey asılmış cisimdə yalnız bir qüvvə hesablanır, lakin maili müstəvidə və ya sistem daxilində bir neçə cism bir-biri ilə bağlandıqda, hər biri üçün ayrıca qüvvə tapılır. Bu zaman sistemin bütün hissələri arasında qarşılıqlı təsirlər nəzərə alınmalıdır.
Yüklü cisimlər, bucaqlı asmalar, kasnaklı sistemlər və ya hərəkətli bloklar kimi hallar ayrı-ayrılıqda analiz edilməli, hər bir komponentin payına düşən gərilmə qüvvəsi dəqiq müəyyən olunmalıdır. Bu, fiziki sistemlərin sabitliyi və təhlükəsizliyi üçün böyük əhəmiyyət daşıyır.
Gərilmə Qüvvəsinin Real Həyatda Tətbiqləri
İpin gərilmə qüvvəsinin praktik istifadəsi gündəlik həyatda çox geniş yayılmışdır. Məsələn, lift sistemlərində ip vasitəsilə sərnişin kabinəsi yuxarı və ya aşağı hərəkət etdirilir. Burada ipin gərilmə qüvvəsi kabinənin çəkisini tarazlayır və təhlükəsiz hərəkət üçün zəruri şəraiti yaradır.
Körpü və asma yollar kimi mühəndislik qurğularında da gərilmə qüvvəsi əsas konstruktiv elementlərdən biridir. İplər və kabel sistemləri vasitəsilə ağırlıq daşınır, qüvvələr paylanır və konstruksiya sabitliyi qorunur. Bu sistemlərdə gərilmə qüvvəsinin düzgün hesablanması insan həyatı üçün əhəmiyyətlidir.
İpin Öz Ağırlığının Gərilməyə Təsiri
Sadə modellərdə ipin çəkisi nəzərə alınmasa da, real həyatda ipin ağırlığı da gərilmə qüvvəsinə təsir edir. Uzun ip və ya qalın kabel istifadəsində ipin özünün aşağıya doğru çəkisi, ipin alt və üst nöqtələrində fərqli gərilmə qüvvəsi yaradır. Bu fərq isə strukturun tarazlığını poza və təhlükəsizlik riskləri yarada bilər.
İpin çəkisini nəzərə almaq üçün onu hissələrə bölmək və hər bir hissədəki yükü təhlil etmək zəruridir. Belə yanaşma daha dəqiq nəticələr verir və sistemin həqiqi fiziki davranışını əks etdirir. Bu cür kompleks yanaşmalar xüsusilə sənaye sahəsində önəm daşıyır.
Gərilmə Qüvvəsinin Ölçülməsi və Alətləri
Gərilmə qüvvəsinin ölçülməsi üçün xüsusi alətlər – dinamometrlər istifadə olunur. Bu cihazlar, ip və ya kabelə tətbiq olunan gərilməni real zamanlı olaraq ölçməyə imkan verir. Onlar müxtəlif çəki həddlərinə uyğun istehsal olunur və mexaniki və ya rəqəmsal göstəricilərlə təchiz edilir.
Dinamometr vasitəsilə əldə olunan nəticələr, fiziki təcrübələrdə, mühəndislik qurğularında və təhlükəsizlik sistemlərində tətbiq edilir. Bu məlumatlar texniki planlamaların dəqiq aparılmasını və gərginliyə davamlı materialların seçilməsini təmin edir.
Təhlükəsizlik və Sərhəd Gərilmə Həddi
İstənilən materialın və ipin müəyyən bir sərhəd gərilmə həddi olur. Bu həddi aşdıqda material qırılır və sistemin bütövlüyü pozulur. Bu səbəbdən, texniki hesablamalarda təhlükəsizlik əmsalı mütləq şəkildə nəzərə alınmalıdır. Bu əmsal gərilmə gücünün maksimal həddə çatmasının qarşısını alır.
Məsələn, əgər bir ip maksimum 1000 N gərilməyə dözə bilirsə, istifadə zamanı bu dəyərin 70-80%-i səviyyəsində gərilməyə məruz qalmalıdır. Bu yanaşma, xüsusilə sənaye obyektlərində və tikinti sahələrində mühüm təhlükəsizlik tədbiridir.
Gərilmə Qüvvəsinin İki Cisim Arasında Paylanması
Bir ip vasitəsilə iki cisim birləşdirildikdə, gərilmə qüvvəsi hər iki cismə təsir edir və sistem daxilində paylanır. Əgər cisimlər müxtəlif kütlələrə malikdirsə, onların hər birinə təsir edən gərilmə qüvvəsi də fərqli ola bilər. Bu zaman dinamikanın əsas qanunları tətbiq edilməklə qüvvə bölgüsü təhlil olunur.
Bu prinsip, məsələn, iki yük arabasının bir ip ilə birləşdirilməsi və bir qüvvə ilə çəkilməsi zamanı müşahidə olunur. Hər bir arabaya təsir edən qüvvə, bütöv sistemin kütləsinə və hərəkət vəziyyətinə uyğun hesablanmalıdır. Belə hallar fizika dərslərində ən çox tətbiq edilən modellər sırasındadır.
Müxtəlif Kütlələr üçün İpin Gərilmə Qüvvəsi (Standart Yer Çəkisi g = 9.8 m/s²)
| Cism Kütləsi (kg) | İpin Gərilmə Qüvvəsi (N) | Açı (dikey) | Şərh |
| 2 | 19.6 | 90° | Sadə asılmış cism |
| 5 | 49 | 90° | Dikey asılmış yük |
| 10 | 98 | 90° | Təhlükəsiz gərginlik altında |
| 10 | ≈113.1 | 60° | Bucaqlı asma halı (iki ip) |
| 10 | ≈196 | 0° (yatay) | Üfüqi səthdə dartma vəziyyəti |
İpin gərilmə qüvvəsi fizikanın ən vacib anlayışlarından biri kimi həm nəzəri, həm də praktiki baxımdan böyük əhəmiyyət daşıyır. Hər hansı bir cismin sabit və ya hərəkətdə olması, ona təsir edən xarici və daxili qüvvələrin uyğun şəkildə tarazlanması ilə mümkündür. İp kimi vasitələrin bu prosesdə oynadığı rolu anlamaq, yalnız sadə mexaniki yanaşma ilə deyil, həm də riyazi və məntiqi təhlillərlə mümkün olur. Gərilmə qüvvəsinin düzgün hesablanması və tətbiqi insan təhlükəsizliyi, texnoloji sabitlik və mühəndis planlamalarının uğurlu şəkildə həyata keçirilməsi baxımından əsas şərtdir.
Bu sahədə təhsil alan şagird və tələbələr üçün gərilmə qüvvəsinin mahiyyətini başa düşmək, ümumi fizika biliklərinin təməlini təşkil edir. Digər tərəfdən, bu anlayış inşaat, nəqliyyat, maşınqayırma, hətta aviasiya və kosmik texnologiyalarda da öz əksini tapır. İpin çəkisi, bucaqlar, sürətlənmə və digər faktorlar düzgün şəkildə analiz edilmədikdə sistemin bütövlüyü zədələnə, qəza və dağıntılar baş verə bilər. Məhz bu səbəbdən bu cür texniki məsələlərin öyrənilməsi təkcə elm üçün deyil, real həyatın təhlükəsizliyi üçün də həyati əhəmiyyət kəsb edir.
Ən Çox Verilən Suallar
Gərilmə qüvvəsi, bir ip və ya halat vasitəsilə tətbiq olunan və sistemdə tarazlığı qorumağa yönəlmiş reaksiya qüvvəsidir. Bu qüvvə cismlərin çəkisini və ya hərəkətinə qarşı müvazinət yaradır. İstiqaməti həmişə ip boyunca olur və gərginliyi azaltmaq və ya artırmaq üçün istifadə olunur.
Bu qüvvə adətən dinamometr vasitəsilə ölçülür. Dinamometr ipə bağlanır və onun dartılma səviyyəsinə uyğun olaraq Newton cinsindən göstərici verir. Həm mexaniki, həm də rəqəmsal dinamometrlər mövcuddur.
Bəli, ipin çəkisi uzunluğu artdıqca daha çox nəzərə çarpır. Bu halda ipin aşağı hissəsindəki gərilmə qüvvəsi yuxarı hissədən daha yüksək olur. Buna görə mühəndis hesablamalarında ipin ağırlığı da daxil edilir.
Yalnız sabit vəziyyətdə və düz bucaq altında asılmış cisimlər üçün bu doğrudur. Əgər sistemdə hərəkət varsa və ya cisim bucaq altında asılıbsa, onda gərilmə qüvvəsi çəkidən fərqli olur. Bu fərq vektorların təhlili ilə hesablanır.
Əgər cism iki ip vasitəsilə asılıbsa, hər ipdə yaranan gərilmə qüvvəsi bucağa və yerləşməyə bağlı olaraq fərqli ola bilər. İplərin gərginlik komponentləri trigonometriya ilə ayrılıb ayrıca hesablanır.
Hərəkətli blok və ya kasnak sistemlərində gərilmə qüvvəsi birbaşa dəyişir. Bu sistemlərdə ipin hər hissəsindəki qüvvə fərqli ola bilər. Blokun öz çəkisi və sürtünmə də bu hesablamalarda nəzərə alınır.
İpin gərilmə qüvvəsinin istiqaməti həmişə ipin daxilindən xaricə doğru olur. Bu qüvvə ipi dartmağa yönəlir və cismə əks istiqamətdə təsir edir. Vektor olaraq göstərildikdə bu istiqamət ipin uzanma istiqamətidir.
Fizikada gərilmə qüvvəsi Newton (N) vahidi ilə ölçülür. 1 Newton, 1 kq-lıq cismin 1 m/s² sürətlənməsi üçün tələb olunan qüvvəyə bərabərdir. Bu standart vahid SI sisteminə aiddir.
Əgər gərilmə qüvvəsi yoxdursa və ya kifayət qədər deyilsə, cism yerə düşə bilər və ya sistemin sabitliyi pozula bilər. Bu, mexaniki qəzalar və təhlükəli vəziyyətlərə səbəb ola bilər. Ona görə gərginlik daima nəzarətdə saxlanmalıdır.
Gərilmə qüvvəsi sistemə tətbiq olunan xarici qüvvəyə qarşı reaksiya qüvvəsidir, elastiklik isə materialın bu gərilməyə cavab olaraq formalaşma qabiliyyətidir. Elastik materiallar gərilmə altında deformasiyaya uğrayır, amma sonradan əvvəlki halına qayıda bilər.
