張力

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簡介

張力可以是負的，也可以是正的，這種現象完全取決於座標軸的放置區域。無論向上移動的方向是取負還是取正，張力的平衡方程對於正負方程都將給出相同的結果。

在物理學中，張力是一種由於在物體的一端或多端以方向性方式施載入荷而產生的力。這種產生的力通常被稱為物體橫截面的張力。

在物理學中，張力是什麼意思？

在物理學中，張力指的是沿物體長度方向的力，這種力由柔性物體（如電纜、線或繩索）傳遞。張力也可以表示為作用在柔性元件（如線、電纜或繩索）每一端的力的作用和反作用對（Sciencefacts，2022）。

如果將繩索視為元件，則除了端點外，繩索的每一部分都會感受到雙向的張力。在繩索的情況下，張力會在繩索端點的一側感受到，而在受到重量吸引的一側，會感受到力（Pressbooks，2022）。

張力的公式可以表示為

這裡，T 是張力並突出顯示條件，T= 張力（N 或 kg-m/s²）g = 重力加速度（9.8 m/s²）。

關於張力的常見誤解

張力可以被認為是拉力而不是推力。這可以在繩索懸掛在天花板上的情況下看到，其中繩索無法有效地推，並且不被認為具有推力（Phys. libretexts，2022）。

如果試圖推繩索，則會導致繩索鬆弛並失去其所具有的張力。

圖 1：張力的概念

人們經常錯誤地將作用在柔性材料（如線或繩索）上的力說明成錯誤的方向。因此，務必牢記張力只能拉物體而不能推物體。

什麼是張力？

在物理學中，張力被確定為拉力，其中作用在物體上的載荷是軸向的，即作用在其一端或多端。物體被拉開時的應力狀態在物理學中稱為張力。例如，可以說一根電線連線在天花板上，其下端固定了一個重量（Dewwool，2022）。物體可能經歷幾種型別的應力，例如剪下應力、拉伸應力和正應力。

圖 2：張力

拉伸應力和剪下應力之間的主要區別在於，剪下應力處理的是變形力平行於物體表面施加的情況。拉伸應力處理的是變形力垂直於物體表面施加的情況（Hu 等人，2022）。

張力的例子有：懸索橋、撥動吉他弦、由纜繩懸掛的電梯等等。

張力的計算

張力的公式可以寫成以下形式：。張力的單位是 N（牛頓）（Yao 等人，2018）。

如果確定物體的塊為 m₁，並且發現它位於水平桌面上，則 m₁ 可以藉助滑輪由 m₂ 拉動，如下圖所示。

圖 3：張力公式

這兩個物體塊將以加速度 a 運動，根據牛頓第二定律，對於 m₂，m₂a = m₂g - T，對於 m₁，m₁ a = T。為了求解加速度，使用表示式 a = 𝐦₂ g / (m₁+m₂) 。

結論

張力的方向是拉力而不是推力，因此它將沿繩索或線的指向遠離物體。對於任何懸掛的柔性物體，如果繩索向上拉物體，它會對物體施加向上的壓力，其張力也將在上側。這裡繩索充當力的傳遞媒介。如果兩個物體用同一條繩索連線，則兩個物體的張力大小將彼此不同。

常見問題

Q1. 什麼是張力？

張力或張力是柔性材料（如繩索、電纜或線）基本上感受到的力。當物體從相對的兩端拉動時，主要會感受到張力，它沿著繩索的長度作用，並且與施加的力相反且相等。

Q2. 張力的正確示例是什麼？

柔性物體的張力基本上平衡了施加的力。只有在拉動時，力才會透過導線傳遞，否則在推動導線時，結果將是鬆弛的。張力的主要示例有：擺錘的懸掛、手錶中的彈簧、操場上的鞦韆、安全帶等等

Q3. 如果在繩索的兩端施加兩個相同的 5 N 的力，則繩索中的張力是多少？

繩索中存在 10 N 的張力。如果繩索在相反的方向上被相同的 5 N 力拉伸，則它將產生 5+5 = 10 N 的張力。

Q4. 張力如何受重力的影響？

張力與重力相反。懸掛的物體必須平衡張力，否則由於重力會向下加速。