Echilibrul static: tipuri și exerciții rezolvate

Echilibrustatic este starea în care rezultantul forțelor și suma momentelor forțelor sau cupluri, sunt nule. Când se află în echilibru static, corpurile sunt în repaus. În total, există două trei tipuri diferite de echilibru: grajd, instabil și indiferent.

Uitede asemenea: Tot ce trebuie să știți despre legile lui Newton

Echilibru static și dinamic

Înainte de a începe, unele concepte sunt de o importanță fundamentală pentru noi pentru a înțelege acest articol, verificați-le:

• Putererezultat: se calculează prin A doua lege a lui Newton. În starea de echilibru, suma vectorială dintre aceste forțe trebuie să fie nule;
• Cuplul sau momentul unei forțe: se referă la agentul de rotație dinamic, adică atunci când un cuplu diferit de zero este aplicat unui corp, acesta va tinde să descrie o mișcare de rotație.

noi sunam echilibru situația în care un corp, extins sau punctual, este supus unei forțe nete rezultante. În acest fel, și în conformitate cu ceea ce este stabilit de Prima lege a lui Newton, cunoscută sub numele de legea inerției,

un corp în echilibru poate fi fie în repaus, fie în mișcare rectilinie uniformă - situații care se numesc echilibru static, respectiv echilibru dinamic.

Tipuri de echilibru static

• Sold instabil: atunci când un corp suferă o mică deplasare de la poziția sa de echilibru, oricât de mică, va tinde să se îndepărteze din ce în ce mai mult de poziția respectivă. Uită-te la figura de mai jos:

• Echilibru stabil: când un corp, deplasat din poziția sa echilibrată, tinde să revină la poziția sa inițială, ca în cazul prezentat în această figură:

• Echilibruindiferent: când un corp, indiferent de locul în care este poziționat, rămâne în echilibru, verificați:

știu mai multe: Descoperiți cum se curbează mingea de fotbal în aer

Echilibrul punctului material și echilibrul corpului extins

Când dimensiunile unui corp pot fi neglijate, ca în cazul unei particule mici, de exemplu, vorbim despre echilibrudeScormaterial. În aceste cazuri, pentru ca corpul să fie în echilibru, este suficient ca suma forțelor care acționează asupra sa să fie nulă.

​F - putere

F_X - x componentă a forțelor

F_y - componenta y a forțelor

făcut - z componentă a forțelor

Figura indică faptul că suma forțelor și suma componentelor forțelor în fiecare direcție trebuie să fie egale cu zero, astfel încât corpul de simetrie punctuală să fie în echilibru static.

Atunci când nu este posibil să nu se ia în considerare dimensiunile corpului, ca în cazul barelor, podurilor remorci, suporturilor, pârghiilor, angrenajelor și altor obiecte macroscopice, se vorbește despre echilibrudecorpextensiv. Pentru a defini corect acest tip de echilibru, este necesar să se țină seama de distanța dintre punctul de aplicare al unei forțe la axa de rotație a acestora cu alte cuvinte, condiția echilibrului static sau dinamic necesită ca suma cuplurilor (sau momentelor) să fie nulă, așa cum se întâmplă cu forțele aplicat.

Condițiile de mai sus indică faptul că, în cazul unui corp extins, este necesar ca suma forțelor și cuplurilor să fie zero în fiecare direcție.

Pietrele din figură se echilibrează, deoarece sunt în echilibru static.

Exerciții rezolvate privind echilibrul static

Rezolvarea exercițiilor de echilibru static necesită o cunoaștere de bază a sumei. vector și descompunerea vectorială.

Accesde asemenea: Aveți dificultăți? Aflați cum să rezolvați exerciții folosind legile lui Newton

Intrebarea 1)(Isul) O cutie A, cântărind 300 N, este suspendată de două frânghii B și C așa cum se arată în figura de mai jos. (Date: sin 30º = 0,5)

Valoarea de tragere a șirului B este egală cu:

a) 150,0 N

b) 259,8 N

c) 346,4 N

d) 600,0 N

Părere: Litera D

Rezoluţie:

Pentru a rezolva acest exercițiu, trebuie să folosim trigonometrie, pentru a calcula tragerea de pe șirul B. Pentru aceasta, este necesar să folosim definiția sinusului, deoarece unghiul format între corzi este 30º, iar formula sinusoidală indică faptul că poate fi calculată prin raportul dintre partea opusă și ipotenuză. Vezi figura următoare, în ea formăm un triunghi cu vectorii T_B (trageți de frânghia B) și greutatea (P):

Pe baza acestuia, trebuie să facem următorul calcul:

Intrebarea 2)(Speck) Un bloc cu masa m = 24 kg este menținut suspendat în echilibru de șirurile de masă L și Q inextensibile și neglijabile, așa cum se arată în figura următoare. Coarda L formează un unghi de 90 ° cu peretele, iar coarda Q formează un unghi de 37 ° cu tavanul. Având în vedere accelerația datorată gravitației egală cu 10m / s², valoarea forței de tracțiune pe care frânghia L o exercită pe perete este:

(Date: cos 37 ° = 0,8 și sin 37 ° = 0,6)

a) 144 N

b) 180 N

c) 192 N

d) 240 N

e) 320 N

Părere: Litera e

Rezoluţie:

În primul rând, trebuie să determinăm care este valoarea tracțiunii suportate de cablul Q, pentru aceasta, folosim raportul sinusoidal, ca în exercițiul anterior:

După ce am găsit tensiunea în firul Q, trebuie să calculăm componenta acestei tensiuni care este anulată de tensiunea exercitată de cablul L. Acum, vom folosi cosinusul unghiului, deoarece componenta orizontală a cablului de tragere Q este partea adiacentă unghiului de 37 °, rețineți:

Întrebarea 3) (uerj) Un om cu o masă egală cu 80 kg este în repaus și echilibrat pe o placă rigidă lungă de 2,0 m, a cărei masă este mult mai mică decât cea a unui om. Placa este poziționată orizontal pe două suporturi, A și B, la capetele sale, iar bărbatul se află la 0,2 m de capătul susținut de A. Intensitatea forței, în newtoni, pe care o exercită placa pe suportul A este echivalentă cu:

a) 200

b) 360

c) 400

d) 720

Părere: Litera D

Rezoluţie:

Am realizat o diagramă pentru a putea vizualiza exercițiul mai ușor, verificați-l:

Deoarece bara pe care este sprijinit bărbatul este un corp extins, trebuie să se țină seama atât de sumădinforțelor în ceea ce privește sumăvectorDincupluri care acționează asupra ei. Astfel, trebuie să facem următoarele calcule:

Pentru a face aceste calcule, folosim mai întâi condiția care afirmă că suma cuplurilor trebuie să fie egală cu zero, apoi, înmulțim forțele cu distanțele lor față de axa de rotație a tijei (în acest caz, alegem poziția A). Pentru a determina semnalele, folosim semnalpozitiv pentru cuplurile care produc rotații în sensîn sens invers acelor de ceasornic, în timp ce semnalul negativ a fost folosit pentru cuplul produs de forța de greutate, care tinde să rotească bara în sensprograma.

Calculul rezultantului cuplurilor a dus la N_B = 80 N, iar apoi folosim a doua condiție de echilibru. În acest caz, spunem că suma forțelor care acționează asupra barei trebuie să fie zero și obținem o reacție normală în punctul A egal cu 720N.

De Rafael Hellerbrock
Profesor de fizică

Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico.htm