איזוןסטָטִי הוא המצב בו התוצאה של כוחות וסכום רגעי הכוחות, או מומנטים, הם אפסיים. כאשר הם נמצאים בשיווי משקל סטטי, גופים נמצאים במנוחה. בסך הכל ישנם שני שלושה סוגים שונים של איזון: יַצִיב, לֹא יַצִיב ו אָדִישׁ.
תראהגַם: כל מה שאתה צריך לדעת על חוקי ניוטון
איזון סטטי ודינמי
לפני שנתחיל, כמה מושגים הם בעלי חשיבות מהותית עבורנו להבנת מאמר זה, בדוק אותם:
- כוחוכתוצאה מכך: מחושב באמצעות החוק השני של ניוטון. במצב שיווי המשקל, ה סכום וקטורי מכוחות אלה חייבים להיות אפסיים;
- מומנט או רגע של כוח: הוא נוגע לסוכן הסיבוב הדינמי, כלומר כאשר מוחל מומנט שאינו אפס על הגוף, הוא נוטה לתאר תנועה סיבובית.
אנו קוראים איזון המצב בו גוף, מורחב או דייקן, כפוף לכוח כתוצאה נטו. בדרך זו, ובהתאם למה שנקבע על ידי החוק הראשון של ניוטון, המכונה חוק האינרציה, גוף באיזון יכול להיות במנוחה או בתוך תנועה ישר אחידה - מצבים הנקראים שיווי משקל סטטי ושיווי משקל דינמי, בהתאמה.
סוגי שיווי משקל סטטי
- איזון לא יציב: כאשר גוף עובר תזוזה קטנה ממצב שיווי המשקל שלו, קטן ככל שיהיה, הוא נוטה להתרחק יותר ויותר ממצב זה. עיין באיור למטה:
- איזון יציב: כאשר גוף, שנעקר ממצבו המאוזן, נוטה לחזור למקומו הראשוני, כמו במקרה שמוצג באיור זה:
- איזוןאָדִישׁ: כאשר גוף, ללא קשר למיקומו, נשאר באיזון, בדוק:
יודע יותר: גלה כיצד כדור הכדורגל מתעקל באוויר
איזון נקודת החומר ואיזון הגוף המורחב
כאשר ניתן להזניח את ממדי הגוף, כמו במקרה של חלקיק קטן, למשל, אנו מדברים עליו איזוןשֶׁלציוןחוֹמֶר. במקרים אלה, כדי שהגוף יהיה באיזון, מספיק שסכום הכוחות הפועלים עליו הוא אפסי.
F - כוח
Fאיקס - רכיב כוחות x
Fy - רכיב כוחות y
עשה - מרכיב z של כוחות
האיור מציין כי סכום הכוחות וסכום מרכיבי הכוחות לכל כיוון חייבים להיות שווים לאפס, כך שגוף הסימטריה הנקודתית נמצא בשיווי משקל סטטי.
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
כאשר לא ניתן להתעלם מממדי הגוף, כמו במקרים של מוטות, גשרים, תומכים, מנופים, הילוכים וחפצים מקרוסקופיים אחרים, מדברים על איזוןשֶׁלגוּףנִרחָב. על מנת להגדיר נכון איזון מסוג זה, יש לקחת בחשבון את המרחק בין נקודת הפעלת הכוח לציר הסיבוב של אלה. במילים אחרות, מצב של שיווי משקל סטטי או דינמי מחייב שסכום המומנטים (או הרגעים) יהיה אפס, כפי שקורה בכוחות הוחל.
התנאים לעיל מצביעים על כך שבמקרה של גוף מורחב, יש צורך שסכום הכוחות והמומנט יהיה אפס לכל כיוון.
תרגילים נפתרו על איזון סטטי
פתרון תרגילי איזון סטטי מצריך ידע בסיסי בסכום. וֶקטוֹר ו פירוק וקטורי.
גִישָׁהגַם: האם אתה נתקל בקשיים? למד כיצד לפתור תרגילים באמצעות חוקי ניוטון
שאלה 1)(איסול) תיבה A, במשקל 300 N, תלויה על ידי שני חבלים B ו- C כפי שמוצג באיור למטה. (נתונים: חטא 30º = 0.5)
ערך המשיכה במיתר B שווה ל:
א) 150.0 נ
ב) 259.8 נ
ג) 346.4 נ '
ד) 600.0 נ '
תבנית: אות ד
פתרון הבעיה:
כדי לפתור תרגיל זה, עלינו להשתמש ב- טְרִיגוֹנוֹמֶטרִיָה, על מנת לחשב את המשיכה בחוט B. לשם כך יש להשתמש בהגדרת סינוס מכיוון שהזווית הנוצרת בין המיתרים היא 30º, ונוסחת הסינוס מציינת שניתן לחשב אותה ביחס בין הצד הנגדי ל- אֲלַכסוֹן. ראה את הדמות הבאה, בה אנו יוצרים משולש עם הווקטורים Tב (משוך בחבל B) ומשקל (P):
על סמך זה עלינו לבצע את החישוב הבא:
שאלה 2)(נְקוּדָה) בלוק עם מסה m = 24 ק"ג נשמר באיזון על ידי מיתרי L ו- Q הבלתי ניתנים להרחבה וזניחים, כפי שמוצג באיור הבא. חבל L יוצר זווית של 90 מעלות עם הקיר וחבל Q יוצר זווית של 37 מעלות עם התקרה. בהתחשב בתאוצה בגלל כוח המשיכה השווה ל- 10m / s², ערך כוח המשיכה שמפעיל החבל L על הקיר הוא:
(נתונים: cos 37 ° = 0.8 וחטא 37 ° = 0.6)
א) 144 נ '
ב) 180 נ '
ג) 192 נ
ד) 240 נ '
ה) 320 נ
תבנית: אות ה
פתרון הבעיה:
ראשית, עלינו לקבוע מה ערך המתיחה הנתמך בכבל Q, לשם כך אנו משתמשים ביחס הסינוס, כמו בתרגיל הקודם:
לאחר שמצאנו את המתח בחוט Q, עלינו לחשב את מרכיב המתח הזה שמתבטל על ידי המתח המופעל על ידי כבל L. כעת נשתמש בקוסינוס של הזווית, מכיוון שהרכיב האופקי של משיכת הכבל Q הוא הצד הסמוך לזווית 37 °, שימו לב:
שאלה 3) (uerj) אדם עם מסה השווה ל -80 ק"ג נמצא במנוחה ומאוזן על לוח קשיח באורך 2.0 מ ', שמסתו קטנה בהרבה מזו של אדם. הלוח ממוקם אופקית על שני תומכים, A ו- B, בקצותיו, והאיש נמצא 0.2 מ 'מהקצה הנתמך על ידי A. עוצמת הכוח בניוטונים שהלוח מפעיל על תמיכה A שווה ערך ל:
א) 200
ב) 360
ג) 400
ד) 720
תבנית: אות ד
פתרון הבעיה:
הכנו תרשים כדי שתוכלו לראות את התרגיל ביתר קלות, בדקו אותו:
מכיוון שהסרגל עליו נתמך האיש הוא גוף נרחב, יש לקחת בחשבון את שניהם סְכוּםשל הכוחות באשר ל סְכוּםוֶקטוֹרממומנטים שפועלים על פיו. לפיכך, עלינו לבצע את החישובים הבאים:
לשם ביצוע חישובים אלה, ראשית נשתמש בתנאי הקובע כי סכום המומנטים חייב להיות שווה לאפס, לאחר מכן, אנו מכפילים את הכוחות עם מרחקיהם מציר הסיבוב של המוט (במקרה זה, אנו בוחרים במצב A). כדי לקבוע את האותות, אנו משתמשים ב- אוֹתחִיוּבִי למומנטים המייצרים סיבובים ב לָחוּשׁנגד כיוון השעון, תוך כדי האות שלילי שימש למומנט המיוצר מכוח המשקל, הנוטה לסובב את המוט ב לָחוּשׁלוח זמנים.
חישוב התוצאה של המומנטים הביא ל- Nב = 80 N ואז אנו משתמשים במצב שיווי המשקל השני. במקרה זה אנו אומרים שסכום הכוחות הפועלים על המוט חייב להיות אפס, ואנחנו מקבלים תגובה רגילה בנקודה A השווה ל 720נ.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
