שיווי משקל translational היא מדינה שבה חפץ בכללותו הוא כאשר כל הכוחות הפועלים עליה מקוזזים, נותן כתוצאה כוח נטו אפס. מבחינה מתמטית זה שווה לאמירה ש- F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0, כאשר F 1 , F 2 , F 3 … הם הכוחות המעורבים.
העובדה שגוף נמצא בשיווי משקל תרגילי אין פירושו שהוא בהכרח במנוחה. זהו מקרה מסוים של ההגדרה שניתנה לעיל. ייתכן שהאובייקט נמצא בתנועה, אך בהיעדר תאוצה זו תהיה תנועה ישרתית אחידה.
איור 1. איזון תרגומי חשוב למספר גדול של ענפי ספורט. מקור: Pixabay.
אז אם הגוף נמצא במנוחה, הוא ממשיך ככה. ואם כבר בתנועה, תהיה לה מהירות קבועה. באופן כללי, התנועה של כל אובייקט היא קומפוזיציה של תרגומים וסיבובים. התרגומים יכולים להיות כפי שמוצג באיור 2: ליניארי או מפותל.
אבל אם אחת מנקודות האובייקט קבועה, הסיכוי היחיד שיש לה לזוז הוא להסתובב. דוגמה לכך היא CD, שמרכזו קבוע. לתקליטור יכולת להסתובב סביב ציר שעובר באותה נקודה, אך לא לתרגם.
כאשר לאובייקטים יש נקודות קבועות או הנתמכים על משטחים, אנו מדברים על קישורים. הקישורים קשורים זה בזה על ידי הגבלת התנועות שהאובייקט מסוגל לבצע.
קביעת שיווי המשקל התרגומי
לגבי חלקיק בשיווי משקל זה תקף להבטיח כי:
F R = 0
או בסימון סיכום:
ברור שכדי שגוף יהיה בשיווי משקל תרגילי, יש לפצות את הכוחות הפועלים עליו בצורה כלשהי, כך שהתוצאה שלהם היא אפס.
בדרך זו האובייקט לא יחווה תאוצה וכל החלקיקים שלו במנוחה או עוברים תרגומים ישרים במהירות קבועה.
עכשיו אם אובייקטים יכולים להסתובב, הם בדרך כלל יעשו זאת. זו הסיבה שרוב התנועות מורכבות משילובים של תרגום וסיבוב.
סיבוב של אובייקט
כאשר חשוב לאיזון סיבוב, יתכן שיהיה צורך להבטיח שהאובייקט אינו מסתובב. אז אתה צריך ללמוד אם יש מומנטים או רגעים הפועלים על זה.
מומנט הוא גודל הווקטור עליו מסתובבים הסיבובים. זה דורש הפעלת כוח, אך גם נקודת היישום של הכוח חשובה. כדי להבהיר את הרעיון, שקלו חפץ מורחב עליו פועל כוח F ובואו נראה אם הוא מסוגל לייצר סיבוב סביב ציר O כלשהו.
זה כבר אינטואיציה כי על ידי דחיפת העצם בנקודה P עם הכוח F, אפשר לגרום לו להסתובב סביב נקודה O, עם סיבוב נגד כיוון השעון. אך גם הכיוון אליו מופעל הכוח חשוב. לדוגמא, הכוח המופעל על הדמות באמצע לא יגרום לאובייקט להסתובב, אם כי הוא בהחלט יכול להזיז אותו.
איור 2. איור 2. דרכים שונות להפעלת כוח על עצם גדול, רק באיור בצד שמאל קיצוני מתקבל אפקט סיבוב. מקור: תוצרת עצמית.
הפעלת כוח ישירות לנקודה O גם לא תסובב את האובייקט. אז ברור שכדי להשיג השפעה סיבובית, יש להפעיל את הכוח במרחק מסוים מציר הסיבוב ואסור שקו הפעולה שלו יעבור דרך אותו ציר.
הגדרת מומנט
המומנט או הרגע של כוח, המוגדר כ- τ, גודל הווקטור האחראי להרכבת כל העובדות הללו, מוגדר כ:
הווקטור r מכוון מציר הסיבוב לנקודת הפעלת הכוח והשתתפות הזווית בין r ל- F חשובה. לפיכך, גודל המומנט מתבטא ב:
המומנט היעיל ביותר מתרחש כאשר r ו- F הם בניצב.
כעת, אם רצוי כי אין סיבובים או שאלו מתרחשים בתאוצה זוויתית מתמדת, יש צורך כי סכום המומנטים הפועלים על העצם יהיה אפס, באופן דומה למה שנחשב לכוחות:
תנאי שיווי משקל
איזון פירושו יציבות, הרמוניה ואיזון. כדי שהתנועה של אובייקט תהיה בעלת מאפיינים אלה, יש להחיל את התנאים המתוארים בסעיפים הקודמים:
1) F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0
2) τ 1 + τ 2 + τ 3 +…. = 0
התנאי הראשון מבטיח שיווי משקל תרגילי והשני, שיווי משקל סיבובי. שניהם חייבים להתגשם אם המטרה להישאר בשיווי משקל סטטי (היעדר תנועה מכל סוג שהוא).
יישומים
תנאי שיווי משקל חלים על מבנים רבים, שכן כאשר נבנים בניינים או חפצים מגוונים, הדבר נעשה מתוך כוונה שחלקיהם יישארו באותו מיקום יחסי זה עם זה. במילים אחרות, האובייקט לא מתפרק.
זה חשוב למשל בבניית גשרים שנשארים היטב תחת הרגליים, או בעת תכנון מבנים ראויים למגורים שאינם משנים מיקום או נטייה להתהפך.
למרות שמאמינים שתנועה ישראלית אחידה היא פשטת קיצוניות של תנועה, המתרחשת לעיתים רחוקות בטבע, יש לזכור כי מהירות האור בוואקום היא קבועה, וגם זו של צליל באוויר, אם שקול את ההומוגני הבינוני.
במבנים ניידים רבים מעשה ידי אדם חשוב לשמור על מהירות קבועה: למשל במדרגות נעות ופסקי הרכבה.
דוגמאות
זה התרגיל הקלאסי של המתחים שמחזיקים את המנורה באיזון. ידוע כי המנורה שוקלת 15 ק"ג. מצא את גודל הלחצים הנחוצים כדי להחזיק אותו במצב זה.
איור 3. שיווי המשקל של המנורה מובטח על ידי יישום תנאי שיווי המשקל התרגומי. מקור: תוצרת עצמית.
פִּתָרוֹן
כדי לפתור אותה, אנו מתמקדים בקשר בו נפגשים שלושת המיתרים. דיאגרמות גוף חופשי בהתאמה לצומת ולמנורה מוצגות באיור למעלה.
משקל המנורה הוא W = 5 ק"ג. 9.8 מ '/ ש' 2 = 49 נ. כדי שהמנורה תהיה בשיווי משקל, די בכך שתנאי שיווי המשקל הראשון יתמלא:
יש לפרק את המתחים T 1 ו- T 2 :
זוהי מערכת של שתי משוואות עם שני אלמונים שהתשובה שלה היא: T 1 = 24.5 N ו- T 2 = 42.4 N.
הפניות
- Rex, A. 2011. יסודות הפיזיקה. פירסון. 76 - 90.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). פיסיקה למדע והנדסה. כרך 1. 7 מא . למידה של אד. 120-124.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. יסודות הפיזיקה. 9 נה אד. למידה Cengage. 99-112.
- Tippens, P. 2011. פיזיקה: מושגים ויישומים. מהדורה 7. גבעת מקגרו. 71 - 87.
- Walker, J. 2010. פיזיקה. אדיסון ווסלי. 332 -346.