Gibt es eine allgemeine Regel zur Bestimmung der Richtung der Zugkraft?

Spannung ist eine innere Kraft in einem Körper, wie z. B. einem Seil, die jedem Versuch widersteht, das Seil auseinander zu ziehen. Spannung entsteht einfach durch intermolekulare Wechselwirkungen, und wenn es sie nicht gäbe, würden Seile in dem Moment auseinanderfallen, in dem man daran zieht.

Nun muss bei einem Körper zwischen inneren und äußeren Kräften unterschieden werden. Äußere Kräfte sind Kräfte, die durch andere Körper auf den Körper einwirken, wie Reibung und Schwerkraft. Betrachtet man den Körper als Ganzes, ist die Wirkung der Kraft auf den Körper leicht zu erkennen. Äußere Kräfte lassen die Masse des Körpers beschleunigen, sofern keine anderen äußeren Kräfte sie aufheben (Gleichgewicht). Zum Beispiel: ein Körper, auf den die Schwerkraft der Erde einwirkt:

Innere Kräfte eines Körpers sind unterschiedlich. Innere Kräfte existieren innerhalb eines Körpers, und die Wirkungen innerer Kräfte können nicht direkt mit irgendetwas außerhalb des Körpers interagieren. Mit anderen Worten, innere Kräfte sind Kräfte, die ein Teil eines Körpers auf einen anderen Teil desselben Körpers ausübt (siehe später). Daher ist es nicht so klar, die "Richtung" solcher Kräfte zu sehen. Innere Kräfte führen nicht zu Massenbeschleunigungen, sondern zu Körperverformungen (z. B. Dehnen einer Feder oder Biegen eines Lineals). Hier ist ein Diagramm, das die auf einen Block wirkenden Schnittgrößen zeigt:

Nun, man kann äußerlich nichts Offensichtliches sehen, aber das nicht, weil innere Kräfte nicht existieren. Denn wenn Sie alle in einem Körper vorhandenen inneren Kräfte nehmen würden, würden sie sich zu Null summieren. Dies ergibt sich aus dem 3. Newtonschen Gesetz. Stattdessen ist es besser, die inneren Kräfte in einem Körper zu visualisieren, indem man einen imaginären Schnitt durch den Körper macht und sieht, wie die Kräfte auf die Schnittfläche wirken. Dies wird unten im Diagramm besser demonstriert, wo ein Seil auseinander gezogen wird:

Indem Sie einen imaginären Schnitt betrachten, betrachten Sie die beiden Hälften und erzwingen ein Gleichgewicht (wenn das gesamte Seil dem Gleichgewicht gehorcht, muss dies auch für jede beliebige Teillänge des Seils gelten). Auf diese Weise finden Sie heraus, dass nach Newtons 3. Gesetz eine Hälfte eine Kraft auf die andere ausüben muss, um das Gleichgewicht zu erreichen, und umgekehrt. Diese besonderen Kräfte sind innere Kräfte, da es sich um Kräfte handelt, die von einem Teil des Seils verursacht werden, das auf einen anderen Teil desselben Seils wirkt. Diese inneren Kräfte wirken an den Schnittstellen des imaginären Schnitts und werden in diesem Fall als Spannung bezeichnet. Genauer gesagt ist es die Spannung an der Stelle des Seils, an der der gedachte Schnitt erfolgt. Beachten Sie, dass Sie die Richtung der Spannung bestimmen können, wenn Sie auf eine Hälfte des Seils schauen, aber da die Spannungen paarweise auftreten,

Betrachten wir Ihr Beispiel und machen wir ein paar Schnitte, um die Spannkräfte im Seil zu sehen:

In obigem Diagramm sind nur die am/im Seil, am Kasten oder an der hängenden Masse wirkenden Kräfte enthalten.

Kurz gesagt, innere Kräfte wie Spannung an einem bestimmten Punkt in einem Seil haben keine wirklich eindeutige Richtung, da sie paarweise auftreten.

Wir behandeln die Schnur/das Seil wie ein anderes Objekt. Dieses Objekt übt Kräfte auf andere Objekte wie die hängende Masse (in Ihrem Bild) aus. Eine Schnur kann jedoch naturgemäß niemals ein anderes Objekt "schieben", sie kann nur ein anderes Objekt "ziehen". Dieser „Zug“ ist eine Kraft, die wir Spannung nennen.

Somit zeigt die Spannung von der Masse weg in Richtung der Saite. Im Fall der hängenden Masse zieht die Schnur sie nach oben, sodass die Schnur eine Aufwärtskraft auf die Masse ausübt und die Spannung nach oben gerichtet ist. Im Falle der Masse auf dem Tisch zieht die Schnur sie nach rechts, also wird die Spannung nach rechts sein.

Angenommen, Sie haben ein Seil an einer Masse auf einem reibungsfreien Tisch befestigt und ziehen das Seil mit einer konstanten Kraft von 1 Newton nach rechts. Das Seil zieht dann mit einer Kraft von 1 Newton nach rechts an der Masse und die Masse beginnt nach rechts zu beschleunigen. Die Spannung, also die Kraft, mit der das Seil an der Masse zieht, liegt hier rechts in der Größenordnung von 1 Newton. Sie haben also Spannung erzeugt, indem Sie am Seil gezogen haben; eine Spannung von 1 Newton.

Ich verstehe nicht ganz, warum Sie sich immer auf die Normalkraft beziehen. Eine Normalkraft ist eine Kraft senkrecht zu einer Masseebene; Die Masse, auf die wir uns hier beziehen, betrachten wir als Idealfall einer Punktmasse, es gibt also keine Normalkraft. Außerdem kann das Seil in jede Richtung gezogen werden, nicht nur in die Richtung senkrecht zur Ebene der Masse.

Spannung entsteht immer dann, wenn ein Seil eine Kraft (Zug) auf ein anderes Objekt ausübt. Beachten Sie, dass im obigen Beispiel keine Reibung aufgetreten ist. Sie brauchen keine Reibung, um Spannung zu haben; Dieses Experiment hätte im Weltraum durchgeführt werden können.

Die Spannung an einer Schnur zwischen zwei Objekten (Anmerkung: Ihr oberes Diagramm zeigt t̲h̲r̲e̲e̲ Objekte) ist analog zu der Kraft zwischen zwei elastisch kollidierenden Objekten. Die Kraft, die von dem einen Ende der Saite ausgeübt wird, ist entgegengesetzt und gleich der Kraft, die von dem anderen Ende der Saite ausgeübt wird; beide Kräfte müssen parallel zur Saite sein und auf ihre Mitte zeigen.

Verwechseln Sie die Saitenspannung jedoch nicht mit einer Kraft . Obwohl sie die gleiche Größe wie die Kraft an beiden Enden der Saite hat und entlang der Länge der Saite ausgerichtet ist, hat die Spannung KEINE Richtung. Sie können nicht sagen: „Die Spannung geht nach links“ und es ergibt keinen Sinn.

Spannung ist nur eine Zugkraft.

Wie wir alle wissen, kann ein Seil nicht drücken. Es übt eine Kraft auf Gegenstände wie eine Kontaktkraft aus. Die als Spannung bekannte Zugkraft tritt ein, wenn etwas gedehnt wird, um seine Position wie eine Rückstellkraft wiederzuerlangen.