สมดุลคงที่ เป็นเงื่อนไขที่ผลลัพธ์ของ กองกำลัง และผลรวมโมเมนต์ของแรง หรือ แรงบิด, เป็นโมฆะ เมื่ออยู่ในสภาวะสมดุลคงที่ ร่างกายจะพักผ่อน ยอดคงเหลือทั้งหมดมีสองประเภทที่แตกต่างกัน: มั่นคง, ไม่เสถียร และ ไม่แยแส.
ดูยัง: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับกฎของนิวตัน
สมดุลแบบสถิตและไดนามิก
ก่อนที่เราจะเริ่มต้น แนวคิดบางอย่างมีความสำคัญพื้นฐานสำหรับเราในการทำความเข้าใจบทความนี้ โปรดตรวจสอบ:
- ความแข็งแกร่งส่งผลให้: คำนวณผ่าน กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน. ในสภาวะสมดุล ผลรวมเวกเตอร์ ของกองกำลังเหล่านี้จะต้องเป็นศูนย์
- แรงบิดหรือโมเมนต์ของแรง: มันเกี่ยวข้องกับตัวแทนไดนามิกของการหมุน กล่าวคือ เมื่อใช้แรงบิดที่ไม่เป็นศูนย์กับตัวกล้อง มันมักจะอธิบายการเคลื่อนที่แบบหมุน
เราเรียก สมดุล สถานการณ์ที่ร่างกาย ยืดเวลาหรือตรงต่อเวลา อยู่ภายใต้แรงผลลัพธ์สุทธิ ในลักษณะนี้และเป็นไปตามที่ established กำหนดไว้ กฎข้อที่ 1 ของนิวตันเรียกว่ากฎความเฉื่อย ร่างกายที่สมดุลสามารถอยู่นิ่งหรืออยู่ใน การเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ — สถานการณ์ที่เรียกว่าสมดุลสถิตและสมดุลไดนามิกตามลำดับ
ประเภทของสมดุลสถิต
- ยอดคงเหลือไม่เสถียร: เมื่อร่างกายผ่านการเคลื่อนตัวเล็กน้อยจากตำแหน่งสมดุล ไม่ว่าจะเล็กเพียงใด มันจะมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปไกลขึ้นเรื่อยๆ จากตำแหน่งนั้น ดูรูปด้านล่าง:
- สมดุลที่มั่นคง: เมื่อร่างกายเคลื่อนตัวจากตำแหน่งที่สมดุลมีแนวโน้มที่จะกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นดังที่แสดงในรูปนี้:
- สมดุลไม่แยแส: เมื่อร่างกายไม่ว่าจะอยู่ในตำแหน่งใดยังคงสมดุลให้ตรวจสอบ:
รู้มากขึ้น: ค้นพบความโค้งของลูกฟุตบอลในอากาศ
ความสมดุลของจุดวัสดุและความสมดุลของร่างกายขยาย
เมื่อมิติของร่างกายสามารถละเลยได้เช่นในกรณีของอนุภาคขนาดเล็กที่เราพูดถึง สมดุลของคะแนนวัสดุ. ในกรณีเหล่านี้ เพื่อให้ร่างกายมีความสมดุล ก็เพียงพอแล้วที่ผลรวมของแรงที่กระทำต่อสิ่งนั้นจะเป็นศูนย์
F - ความแข็งแกร่ง
FX – x องค์ประกอบของแรง
Fy – องค์ประกอบ y ของแรง
เคยทำ – ส่วนประกอบ z ของแรง
ตัวเลขแสดงให้เห็นว่าผลรวมของแรงและผลรวมขององค์ประกอบของแรงในแต่ละทิศทางจะต้องเท่ากับศูนย์ ดังนั้นตัวสมมาตรของจุดจะอยู่ในสมดุลสถิต
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
เมื่อไม่สามารถละเลยมิติของร่างกายได้ เช่น ในกรณีของคาน สะพานชัก ตัวรองรับ คันโยก เฟือง และวัตถุมหภาคอื่นๆ สมดุลของร่างกายกว้างขวาง. เพื่อที่จะกำหนดประเภทของเครื่องชั่งนี้ได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องคำนึงถึงระยะห่างระหว่างจุดที่ใช้แรงกับแกนหมุนของสิ่งเหล่านี้ ร่างกาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง สภาวะสมดุลสถิตหรือไดนามิกต้องการให้ผลรวมของแรงบิด (หรือโมเมนต์) เป็นโมฆะ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับแรง นำไปใช้
เงื่อนไขข้างต้นระบุว่าในกรณีของลำตัวที่ขยายออกไป จำเป็นต้องรวมแรงและแรงบิดเป็นศูนย์ในแต่ละทิศทาง
แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับความสมดุลคงที่
การแก้แบบฝึกหัดการทรงตัวแบบคงที่ต้องใช้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับผลรวม เวกเตอร์ และ การสลายตัวของเวกเตอร์.
เข้าไปยัง: คุณมีปัญหาหรือไม่? เรียนรู้วิธีแก้แบบฝึกหัดโดยใช้กฎของนิวตัน
คำถามที่ 1)(อีซูล) กล่อง A ที่มีน้ำหนัก 300 N ถูกแขวนไว้ด้วยเชือกสองเส้น B และ C ดังแสดงในรูปด้านล่าง (ข้อมูล: บาป30º = 0.5)
ค่าของการดึงบนสาย B เท่ากับ:
ก) 150.0 ไม่มี
ข) 259.8 ไม่มี
ค) 346.4 ไม่มี
ง) 600.0 ไม่มี
แม่แบบ: จดหมาย D
ความละเอียด:
เพื่อแก้แบบฝึกหัดนี้ เราต้องใช้ ตรีโกณมิติเพื่อคำนวณแรงดึงบนสาย B สำหรับสิ่งนี้ จำเป็นต้องใช้คำจำกัดความของไซน์เพราะว่ามุมที่เกิดขึ้นระหว่างสตริงคือ 30ºและสูตรไซน์ระบุว่าสามารถคำนวณได้โดยอัตราส่วนระหว่างด้านตรงข้ามกับ ด้านตรงข้ามมุมฉาก ดูรูปถัดไปในนั้นเราสร้างสามเหลี่ยมด้วยเวกเตอร์ Tบี (ดึงเชือก B) และน้ำหนัก (P):
ตามนั้นเราต้องทำการคำนวณดังต่อไปนี้:
คำถามที่ 2)(จุด) บล็อกที่มีมวล m = 24 กก. จะถูกแขวนไว้สมดุลโดยสตริง L และ Q ที่มีมวลที่ไม่สามารถขยายได้และไม่สำคัญดังแสดงในรูปต่อไปนี้ เชือก L ทำมุม 90° กับผนัง และเชือก Q ทำมุม 37° กับเพดาน เมื่อพิจารณาความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 10 เมตร/วินาที² ค่าของแรงดึงที่เชือก L กระทำบนผนังคือ:
(ข้อมูล: cos 37° = 0.8 และบาป 37° = 0.6)
ก) 144 น
ข) 180 N
ค) 192 ไม่
ง) 240 N
จ) 320 N
แม่แบบ: จดหมาย e
ความละเอียด:
อันดับแรก เราต้องกำหนดว่าค่าของแรงฉุดที่สาย Q รองรับคืออะไร เราใช้อัตราส่วนไซน์เหมือนในแบบฝึกหัดที่แล้ว:
หลังจากที่เราพบความตึงในเส้นลวด Q แล้ว เราต้องคำนวณองค์ประกอบของความตึงที่ถูกยกเลิกโดยความตึงที่เกิดจากสายเคเบิล L ตอนนี้ เราจะใช้โคไซน์ของมุม เนื่องจากส่วนประกอบแนวนอนของแรงดึงบนสายเคเบิล Q คือด้านที่อยู่ติดกับมุม 37° หมายเหตุ:
คำถามที่ 3) (uerj) ผู้ชายที่มีมวลเท่ากับ 80 กก. อยู่นิ่งและทรงตัวบนกระดานแข็งยาว 2.0 ม. ซึ่งมวลนั้นเล็กกว่าผู้ชายมาก กระดานวางในแนวนอนบนส่วนรองรับสองตัว A และ B ที่ปลาย และชายคนนั้นอยู่ห่างจากปลาย A รองรับ 0.2 ม. ความเข้มของแรงในหน่วยนิวตันที่กระดานออกแรงบนแนวรับ A เท่ากับ:
ก) 200
ข) 360
ค) 400
ง) 720
แม่แบบ: จดหมาย D
ความละเอียด:
เราสร้างไดอะแกรมเพื่อให้คุณสามารถดูแบบฝึกหัดได้ง่ายขึ้น ลองดู:
เนื่องจากแถบที่ชายได้รับการสนับสนุนนั้นเป็นร่างกายที่กว้างขวาง จึงต้องคำนึงถึงทั้ง ผลรวมของกองกำลัง ตามที่ as ผลรวมเวกเตอร์จากแรงบิด ที่กระทำกับมัน ดังนั้น เราต้องทำการคำนวณดังต่อไปนี้:
ในการคำนวณเหล่านี้ ก่อนอื่นเราใช้เงื่อนไขที่ระบุว่าผลรวมของแรงบิดต้องเท่ากับศูนย์ จากนั้น เราคูณแรงด้วยระยะห่างจากแกนหมุนของแกน (ในกรณีนี้ เราเลือกตำแหน่ง A) เพื่อกำหนดสัญญาณ เราใช้ we สัญญาณบวก สำหรับแรงบิดที่สร้างการหมุนใน ความรู้สึกทวนเข็มนาฬิกาในขณะที่สัญญาณ while เชิงลบ ใช้สำหรับแรงบิดที่เกิดจากแรงน้ำหนักซึ่งมีแนวโน้มที่จะหมุนแถบใน ความรู้สึกกำหนดการ
การคำนวณผลลัพธ์ของแรงบิดส่งผลให้Nบี = 80 N จากนั้นเราใช้เงื่อนไขดุลยภาพที่สอง ในกรณีนี้ เราบอกว่าผลรวมของแรงที่กระทำบนแท่งแท่งจะต้องเป็นศูนย์ และเราจะได้ปฏิกิริยาปกติที่จุด A เท่ากับ 720นู๋.
โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์
