Niestabilna koncepcja równowagi i przykłady

W mechanice jest obiekt Niestabilna równowaga Kiedy przesuwając go tylko z pozycji siłą, nie wraca do niego. Na przykład kula następującego rysunku, gdy znajduje się nad kopcem, jest w niestabilnej równowagi, ponieważ najmniejsze zakłócenia spowodują, że do góry nogami, bez możliwości powrotu według własnych środków.

Rysunek 1. Piłka jest w niestabilnej równowagi w pozycji lewej, w obojętnej równowagi w środku i w stabilnej równowagi do prawej. Źródło: Wikimedia Commons.

Z drugiej strony, gdy piłka znajduje się na płaskiej powierzchni, podobnie jak w pozycji środka, mówi się, że jest w Bilans obojętny lub neutralne. Siła, która zakłóca ją, można zastosować, przesuwając ją na drugą stronę, ale jeśli siła zniknie, piłka będzie znów stabilna.

Wreszcie, po prawej, piłka znajduje się na dole wklęsłą miskę. Ta pozycja jest również zrównoważona, ale stabilna równowaga. Siła, która zakłóca piłkę, sprawi, że tylko oscyluje nieco wokół pierwotnej pozycji, aby wrócić do niej.

[TOC]

Przyczyny utraty równowagi

Wspólne przedmioty (a ludzie i zwierzęta) tracą równowagę i upadek z powodu momentu obrotowego powstałego przez wagę, siła wywierana przez ziemię na wszystkie obiekty blisko jej powierzchni. Kiedy masz rozszerzone ciało, nazywany jest punkt, w którym działa ciężar Środek grawitacyjny.

Waga może być zrównoważona dzięki wsparciu, takim jak ta, która zapewnia powierzchnię, i w ten sposób obiekt nie porusza się. Ale nadal ma możliwość skręcenia w odniesieniu do pewnego punktu, ponieważ w rozszerzonych obiektach równowaga sił nie jest jedynym czynnikiem, który utrzymuje je w miejscu, ale także miejscem, w którym siły te są stosowane.

Poniżej znajduje się liczba z zrównoważonym ołówkiem na końcówce, w niestabilnej równowagi. Każdy prąd powietrza to się określi, ale tymczasem normalna waga i siła, która sama wspiera, są kompensowane. Ponadto obie siły mają tę samą linię działania, co przechodzi przez czubek ołówka, zapewniając równowagę.

Może ci służyć: wektory nieokoplanarne: definicja, warunki, ćwiczenia

Ale jeśli ołówek pochyli się trochę, jak pokazano po prawej stronie, linia działania masy kończy się przechodząc przez końcówkę, która działa jak obrót. Następnie ciężar wytwarza niepalkowy moment obrotowy, a ołówek obraca się w kierunku dłoni zegara.

Rysunek 2. Ołówek wspierany na jego końcówce jest w niestabilnej równowagi, niewielkie zakłócenia spowoduje, że ciężar wytwarza moment obrotowy w odniesieniu do końcówki, a ołówek spadnie. Źródło: f. Zapata.

Czynniki, które gwarantują stabilność

Prawie zawsze poszukiwana jest stabilna równowaga, ponieważ niestabilna równowaga jest, jak wskazuje jego nazwa, dość niepewna. Kontynuując przykład ołówka, gdy spadnie i pozostanie poziomo na powierzchni, nowa pozycja jest znacznie bardziej stabilna niż wtedy, gdy zatrzymano ją na końcówce.

Wynika to z faktu, że z jednej strony środek ciężkości jest bliżej powierzchni, a z drugiej, powierzchnia wspornika ołówka jest znacznie większa.

Gdy powierzchnia podporowa jest LAR. A jeśli odległość od środka ciężkości do powierzchni jest niższa, ramię dźwigni ciężarowej jest niższe, a zatem moment obrotowy jest również.

Podsumowując, im większa podstawa wsparcia obiektu i bliżej jego środka ciężkości do podłogi, tym mniejsze prawdopodobieństwo obalenia i równowaga jest stabilna. Niemowlęta o tym wiedzą i dlatego zwykle pękają najpierw przed ryzykowaniem stojącym.

A jeśli zamiast być wspieranym, ciało jest zawieszone z punktu, lokalizacja środka grawitacji odgrywa również znaczącą rolę przy ustalaniu równowagi, co będzie widać wkrótce w następujących przykładach.

Może ci służyć: Mount Olympus (Mars)

Przykłady równowagi

Równowaga w ramach wspieranych

Równowaga w obsługiwanych ciałach zależy, jak wspomniano, od:

-Jak blisko środka ciężkości powierzchni.

-Rozmiar podstawy obiektu.

Rozważ stożek na płaskim stole. Najbardziej stabilna pozycja bez wątpienia jest w pełni obsługiwana podstawa stożka. Jest to stabilna pozycja równowagi, ponieważ środek ciężkości stożka znajduje się na osi symetrii i bliżej podstawy.

Bilans obojętny osiąga się poprzez umieszczenie leżenia stożka, a niestabilna równowaga odpowiada stożkowi na jego końcówce, takim jak ołówek, który może nie być łatwym zadaniem, biorąc pod uwagę, że najmniejszy ruch stożkowy stożkowy stożka.

Rysunek 3. Stabilna, obojętna i niestabilna równowaga stożka poparta na stole. Źródło: f. Zapata.

Równowaga w zawieszonych ciałach

Często można znaleźć zawieszone ciała, które wiszą co najmniej jeden punkt, takie jak obrazy i lampy. Podczas ustanawiania równowagi należy wziąć pod uwagę lokalizację środka ciężkości i punktem zawieszenia.

Sytuacja jest łatwa do wizualizacji za pomocą prostokątnego kartonowego arkusza lub jednorodnej zasady materiału. Tutaj środek grawitacji pokrywa się z geometrycznym środkiem figury, która zakładając, że masa obiektu jest rozmieszczona równomiernie.

Aby umieścić arkusz w niestabilnej równowagi, jest on zawieszony z znalezionego punktu pod Od środka grawitacji nawet trzyma prześcieradło między palcami, nie zaciskając się zbytnio, aby pozostawić mu wolność ruchu.

Niewielka siła wystarcza, aby arkusz mógł natychmiast obrócić się w taki czy inny sposób. Przyczyna obrotu jest taka sama jak w przypadku podpisanego obiektu: waga wywiera bezkompromisowy moment obrotowy, który ułatwia obrót ciała.

Może ci służyć: Rozwiązanie ciepło: jak jest obliczane, zastosowania i ćwiczenia

Podczas obracania arkusz przechodzi przez pozycję o stabilnej równowagi, w której pozostaje punkt zawieszenia z góry środek ciężkości. Wokół tej pozycji nieco się rozciąga i wreszcie zatrzymuje się.

Jeśli siła zostanie nałożona ponownie, blaszka waha się ponownie, ale ponownie wraca do tej pozycji, w której punkt zawieszenia i środek ciężkości są wyrównane z pionem.

Wreszcie, obojętna równowaga jest sprawdzana, przepuszczając pino dokładnie przez środek ciężkości. Jeśli arkusz zostanie obrócony, aby pozostać w różnych pozycjach, widać, że nie będzie między nimi większej różnicy.

Podsumowując, dla ciał zawieszonych w niestabilnej równowagi, punkt zawieszenia znajduje się poniżej środka ciężkości. I przeciwieństwo stabilnej równowagi.

Bibliografia

1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Tom 1. MC Graw Hill.
2. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. 5. Wyd. osoba.
4. Resnick, r. (1999). Fizyczny. Tom. 1. Wydanie trzecie. po hiszpańsku. Continental Editorial Company S.DO. c.V.
5. Rex, a. 2011. Podstawy fizyki. osoba.
6. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1. osoba.