Konsep, aplikasi dan contoh keadaan keseimbangan

The Keadaan keseimbangan Mereka perlu untuk badan kekal berehat atau dalam gerakan rectilinear seragam. Dalam kes pertama dikatakan bahawa objek itu berada dalam keseimbangan statik, sementara di tempat kedua ia berada dalam keseimbangan dinamik.

Dengan mengandaikan bahawa objek mudah alih adalah zarah, di mana dimensi tidak diambil kira, sudah cukup bahawa jumlah kuasa yang bertindak di atasnya dibatalkan.

Rajah 1. Batu Brimham di utara England memenuhi keadaan keseimbangan. Sumber: Domainpartures awam.jaring.

Tetapi sebahagian besar objek mudah alih mempunyai dimensi yang cukup besar, oleh itu keadaan ini tidak mencukupi untuk menjamin keseimbangan, yang dalam mana -mana adalah ketiadaan percepatan, bukan pergerakan.

[TOC]

Keadaan keseimbangan pertama dan kedua

Mari kita lihat: Sekiranya jumlah kuasa tidak sah, memang benar bahawa objek tidak akan bergerak atau bergerak dengan cepat, tetapi masih boleh mula berubah.

Oleh itu, untuk mengelakkan putaran, keadaan kedua mesti.

Pendek kata, menandakan bagaimana F Kekuatan bersih dan τ Sama ada M Kepada vektor tork bersih, kita akan mempunyai:

Keadaan keseimbangan pertama

Σ F = 0

Yang bermaksud bahawa: Σ f_x = 0, Σ f_dan = 0 dan Σ f_z = 0

Keadaan keseimbangan kedua

Σ τ = 0 atau Σ M = 0

Dengan tork atau momen yang dikira berkenaan dengan mana -mana titik.

Dalam apa yang berikut, kita akan mengandaikan bahawa objek mudah alih adalah badan yang tegar, yang tidak mengalami sebarang ubah bentuk.

Aplikasi

Walaupun pergerakan itu seolah -olah menjadi penyebut biasa di alam semesta, keseimbangan juga terdapat dalam banyak aspek alam dan dalam objek yang mengelilingi kita.

Boleh melayani anda: Eksperimen Millikan: Prosedur, Penjelasan, Kepentingan

Keseimbangan isostatik

Pada skala planet, bumi ada keseimbangan isostatik, Sejenis keseimbangan graviti kerak bumi, yang ketumpatannya tidak seragam.

Perbezaan kepadatan blok yang berlainan atau kawasan kerak bumi diberi pampasan dengan perbezaan ketinggian yang mencirikan orografi planet ini. Ia berfungsi dengan cara yang sama bahawa bahan yang berbeza menenggelamkan lebih kurang dalam air mengikut ketumpatan dan mencapai keseimbangan.

Tetapi kerana blok kulit tidak terapung di dalam air tetapi di dalam mantel, yang jauh lebih likat, baki tidak dipanggil hidrostatik tetapi isostatik.

Operasi Fusion di Nukleus

Di bintang -bintang seperti matahari kita, keseimbangan antara daya graviti yang memampatkannya dan tekanan hidrostatik yang memperluaskannya, mengekalkan reaktor fusion beroperasi dalam nukleus bintang, yang menjadikannya hidup. Kita bergantung pada keseimbangan ini sehingga bumi menerima cahaya dan panas yang diperlukan.

Pembinaan

Pada skala tempatan, kami mahu bangunan dan pembinaan tetap stabil, iaitu, keadaan keseimbangan mematuhi, khususnya baki statik.

Itulah sebabnya statik timbul, yang merupakan cabang mekanik yang didedikasikan untuk mengkaji keseimbangan badan dan segala yang diperlukan untuk menjaga mereka seperti ini.

Jenis keseimbangan statik

Dalam amalan kita mendapati bahawa baki statik boleh menjadi tiga kelas:

Keseimbangan yang stabil

Ia berlaku apabila objek bergerak dari kedudukannya dan segera kembali ke sana ketika kekuatan yang memindahkannya. Semakin dekat objek tanah, semakin besar kemungkinannya berada dalam keseimbangan yang stabil.

Boleh melayani anda: ketumpatan yang jelas: formula, unit dan latihan diselesaikan

Bola kanan dalam Rajah 2 adalah contoh yang baik, jika kita mengeluarkannya dari kedudukan keseimbangannya di bahagian bawah mangkuk, graviti akan bertanggungjawab untuk kembali dengan cepat.

Keseimbangan acuh tak acuh atau neutral

Ia berlaku apabila objek, walaupun dipindahkan, terus seimbang. Objek bulat seperti bola, apabila diletakkan di permukaan rata berada dalam keseimbangan acuh tak acuh.

Keseimbangan yang tidak stabil

Ia berlaku apabila objek bergerak dari kedudukan keseimbangannya, ia tidak kembali kepadanya. Sekiranya kita menyimpan bola dari puncak bukit di sebelah kiri, pastikan ia tidak akan kembali dengan cara sendiri.

Rajah 2. Jenis keseimbangan. Sumber: Wikimedia Commons.

Contoh: Statik zarah

Katakan satu blok jisim m Pada satah cenderung, yang sepatutnya tertumpu di pusat geometri.

Komponen berat mendatar w_x Ia cenderung membuat blok tergelincir, oleh itu kekuatan lain yang menentang. Sekiranya kita mahu blok tinggal di rehat, daya ini adalah geseran statik. Tetapi jika kita membenarkan blok untuk meluncur turun ke bawah dengan kelajuan malar, maka kekuatan yang diperlukan adalah geseran dinamik.

Rajah 3. Blok kekal dalam baki statik pada satah cenderung. Sumber: f. Zapata.

Dengan ketiadaan geseran, blok akan meluncur ke bawah, dan dalam hal ini tidak akan ada keseimbangan.

Untuk blok berehat, kekuatan yang bertindak di atasnya: berat badan W, Yang normal N dan geseran statik F_s, Mereka mesti diberi pampasan. Jadi:

Σ f_dan = 0 → n - w_dan = 0

Σ f_x = 0 → W_x - F_s = 0

Geseran statik mengimbangi komponen mendatar berat: w_x = f_s dan oleh itu:

F_s = m . g .sin θ

Latihan diselesaikan

Lampu lalu lintas 21.5 kg digantung dari bar aluminium ab homogen 12 kg jisim dan 7.5 m panjang, dikekalkan oleh tali mendatar CD, seperti yang ditunjukkan dalam angka tersebut. Cari:

Boleh melayani anda: Teorem Overlay: Penjelasan, Aplikasi, Latihan Selesai

a) voltan kabel CD

b) Komponen mendatar dan menegak daya yang dikenakan oleh pivot pada jawatan.

Rajah 4.- Lampu lalu lintas tergantung dari bar aluminium dalam keseimbangan statik. Sumber: Giancoli. D. Fizik dengan aplikasi.

Penyelesaian

Gambar rajah daya yang digunakan pada bar dibina, dengan berat badan W, Ketegangan dalam rentetan dan komponen mendatar dan menegak reaksi pivot, yang dipanggil r_x dan r_dan. Kemudian keadaan keseimbangan dikenakan.

Rajah 5. Rajah badan percuma untuk bar. Sumber: f. Zapata.

Keadaan pertama

Menjadi masalah dalam pesawat, keadaan keseimbangan pertama menawarkan dua persamaan:

Σf_x = 0
Σf_dan = 0

Dari yang pertama:

R_x - T = 0

R_x = T

Dan yang kedua:

R_dan - 117.6 n - 210.7 n = 0

R_dan = 328.3 n

Komponen mendatar tindak balas adalah magnitud yang sama seperti voltan t.

Keadaan kedua

Titik A Rajah 5 dipilih sebagai pusat giliran, dengan cara ini lengan reaksi R Ia tidak sah, ingat bahawa magnitud masa ini diberikan oleh:

M = f_┴ d

Di mana f_┴ Ia adalah komponen tegak lurus daya dan d adalah jarak antara paksi putaran dan titik penggunaan daya. Kami akan mendapat persamaan:

Rajah 6. Detik -detik mengenai titik a. Sumber: f. Zapata.

Σm_Ke = 0

(210.7 × Sen 53º) AB + (117.6 × sen 53º) (AB/2) - (T × Sen 37º) AD = 0

Iklan Jarak adalah:

AD = (3.8 m / dosa 37º) = 6.3 m

(210.7 × sen 53º N) (7.5 m) + (117.6 × sen 53º N) (3.75 m) - (t × sen 37º N) (6.3 m) = 0

Melaksanakan operasi yang ditunjukkan:

1262.04 + 352.20 - 3.8t = 0

Membersihkan t mendapat:

T = 424.8 n

Dari keadaan pertama ia harus_x = T, oleh itu:

R_x = 424.8 n

Tema minat

Keadaan keseimbangan pertama.

Keadaan keseimbangan kedua.

Rujukan

1. Bedford, 2000. Ke. Mekanik untuk Kejuruteraan: Statik. Addison Wesley.
2. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 4. Sistem zarah. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6th. Ed Prentice Hall.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizik universiti dengan fizik moden. Ke -14. Ed. Jilid 1.
5. Wikipedia. Isostasia. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.