Equilibriostatico è la condizione in cui la risultante di forze e la somma dei momenti delle forze, o coppie, sono nulli. Quando sono in equilibrio statico, i corpi sono a riposo. Complessivamente, ci sono due tre diversi tipi di equilibrio: stabile, instabile e indifferente.
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Equilibrio statico e dinamico
Prima di iniziare, alcuni concetti sono di fondamentale importanza per farci comprendere questo articolo, dai un'occhiata:
- Forzarisultante: è calcolato attraverso il 2a legge di Newton. Nella condizione di equilibrio, il somma vettoriale di queste forze deve essere nulla;
- Coppia o momento di una forza: riguarda l'agente dinamico di rotazione, cioè quando ad un corpo viene applicata una coppia diversa da zero, tenderà a descrivere un movimento rotatorio.
Noi chiamiamo equilibrio la situazione in cui un corpo, esteso o puntuale, è soggetto a una forza risultante netta. In questo modo, e secondo quanto stabilito dal La prima legge di Newton
, nota come legge di inerzia, un corpo in equilibrio può essere a riposo o in movimento rettilineo uniforme — situazioni che sono chiamate rispettivamente equilibrio statico ed equilibrio dinamico.Tipi di equilibrio statico
- Equilibrio instabile: quando un corpo subisce un piccolo spostamento dalla sua posizione di equilibrio, per quanto piccolo, tenderà ad allontanarsi sempre più da quella posizione. Guarda la figura qui sotto:
- Equilibrio stabile: quando un corpo, spostato dalla sua posizione di equilibrio, tende a ritornare nella sua posizione iniziale, come nel caso mostrato in questa figura:
- Equilibrioindifferente: quando un corpo, indipendentemente da dove è posizionato, rimane in equilibrio, controllare:
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Equilibrio del punto materiale ed equilibrio del corpo esteso
Quando le dimensioni di un corpo possono essere trascurate, come nel caso ad esempio di una piccola particella, si parla di equilibriodiPuntoMateriale. In questi casi, perché il corpo sia in equilibrio, è sufficiente che la somma delle forze agenti su di esso sia nulla.
F - forza
FX – x componente delle forze
Fsì – y componente delle forze
fatto – componente z delle forze
La figura indica che la somma delle forze e la somma delle componenti delle forze in ciascuna direzione deve essere uguale a zero, in modo che il corpo di simmetria puntiforme sia in equilibrio statico.
Quando non è possibile prescindere dalle dimensioni del corpo, come nel caso di barre, ponti levatoi, supporti, leve, ingranaggi e altri oggetti macroscopici, si parla di equilibriodicorpoesteso. Per definire correttamente questo tipo di equilibrio, è necessario tenere conto della distanza tra il punto di applicazione di una forza all'asse di rotazione di questi corpi, in altre parole, la condizione di equilibrio statico o dinamico richiede che la somma dei momenti (o momenti) sia nulla, come avviene per le forze applicato.
Le condizioni di cui sopra indicano che, nel caso di un corpo esteso, è necessario che la somma delle forze e dei momenti sia nulla in ogni direzione.
Esercizi risolti sull'equilibrio statico
Risolvere esercizi di equilibrio statico richiede una conoscenza di base della somma. vettore e decomposizione vettoriale.
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Domanda 1)(Isul) Una scatola A, del peso di 300 N, è sospesa da due funi B e C come mostrato nella figura sottostante. (Dati: peccato 30º = 0,5)
Il valore del tiro sulla corda B è pari a:
a) 150,0 N
b) 259,8 N
c) 346,4 N
d) 600.0 N
Modello: Lettera D
Risoluzione:
Per risolvere questo esercizio, dobbiamo usare il trigonometria, per calcolare il tiro sulla corda B. Per questo è necessario utilizzare la definizione di seno, perché l'angolo formato tra le corde è 30º, e la formula del seno indica che può essere calcolata dal rapporto tra il lato opposto e il ipotenusa. Guarda la prossima figura, in essa formiamo un triangolo con i vettori TB (tirare la fune B) e peso (P):
Sulla base di esso, dobbiamo fare il seguente calcolo:
Domanda 2)(Specchio) Un blocco di massa m = 24 kg è tenuto in equilibrio dalle corde inestensibili e trascurabili di massa L e Q, come mostrato nella figura seguente. La fune L forma un angolo di 90° con la parete e la fune Q forma un angolo di 37° con il soffitto. Considerando l'accelerazione di gravità pari a 10m/s², il valore della forza di trazione che la fune L esercita sulla parete è:
(Dati: cos 37° = 0,8 e sin 37° = 0,6)
a) 144 N
b) 180 N
c) 192 N
d) 240 N
e) 320 N
Modello: Lettera e
Risoluzione:
Innanzitutto, dobbiamo determinare il valore della trazione supportata dal cavo Q, per questo utilizziamo il rapporto seno, come nell'esercizio precedente:
Dopo aver trovato la tensione nel filo Q, dobbiamo calcolare la componente di questa tensione che viene annullata dalla tensione esercitata dal cavo L. Ora utilizzeremo il coseno dell'angolo, poiché la componente orizzontale del tiro sul cavo Q è il lato adiacente all'angolo di 37°, nota:
Domanda 3) (uerj) Un uomo di massa pari a 80 kg è a riposo ed in equilibrio su una tavola rigida lunga 2,0 m, la cui massa è molto più piccola di quella di un uomo. La tavola è posizionata orizzontalmente su due supporti, A e B, alle sue estremità, e l'uomo è a 0,2 m dall'estremità sostenuto da A. L'intensità della forza, in newton, che la tavola esercita sull'appoggio A è equivalente a:
a) 200
b) 360
c) 400
d) 720
Modello: Lettera D
Risoluzione:
Abbiamo creato un diagramma in modo che tu possa visualizzare l'esercizio più facilmente, dai un'occhiata:
Poiché la sbarra su cui è appoggiato l'uomo è un corpo esteso, bisogna tener conto sia della both sommadelforze quanto a sommavettoreA partire dalcoppie che agiscono su di esso. Quindi, dobbiamo fare i seguenti calcoli:
Per fare questi calcoli, utilizziamo prima la condizione che afferma che la somma delle coppie deve essere uguale a zero, quindi, moltiplichiamo le forze per le loro distanze dall'asse di rotazione dell'asta (in questo caso, scegliamo la posizione A). Per determinare i segnali, usiamo il segnalepositivo per le coppie che producono rotazioni nel in sensoAntiorario, mentre il segnale negativo è stato utilizzato per la coppia prodotta dalla forza peso, che tende a ruotare la barra nel in sensoprogramma.
Il calcolo della risultante delle coppie ha determinato NB = 80 N, e quindi usiamo la seconda condizione di equilibrio. In questo caso si dice che la somma delle forze agenti sulla barra deve essere nulla, e si ottiene una reazione normale nel punto A pari a 720no.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico.htm