Koncept, aplikacije in primeri ravnotežja

The ravnotežni pogoji Potrebne so, da telo ostane v mirovanju ali v enakomernem pravokotnem gibanju. V prvem primeru naj bi bilo, da je predmet v statičnem ravnovesju, v drugem pa v dinamičnem ravnovesju.

Ob predpostavki, da je mobilni objekt delček, v tem primeru dimenzije niso upoštevane, je dovolj, da je vsota sil, ki delujejo nanj.

Slika 1. Brimhamove kamnine severno od Anglije izpolnjujejo ravnotežne pogoje. Vir: Javne domene.mreža.

Toda velika večina mobilnih predmetov ima občutne razsežnosti, zato ta pogoj ni dovolj za zagotovitev ravnovesja, kar je v vsakem primeru odsotnost pospeška in ne gibanja.

[TOC]

Prvo in drugo ravnotežno stanje

Poglejmo: Če je vsota sil praznina, je res, da se objekt ne bo premikal ali se premikal hitro, vendar se lahko še vedno začne obračati.

Zato mora biti drugi pogoj, da se izognete rotaciji.

Skratka, označevanje, kako F Neto sila in τ tudi M Do neto vektorja navora bomo imeli:

Stanje prvega ravnotežja

∑ F = 0

Kar pomeni, da: ∑ f_x = 0, ∑ f_in = 0 in ∑ f_z = 0

Drugo ravnotežno stanje

∑ τ = 0 ali ∑ M = 0

Z navori ali trenutki, izračunanimi glede na katero koli točko.

V nadaljevanju bomo domnevali, da je mobilni objekt togo telo, ki ne doživi nobene deformacije.

Prijave

Čeprav se zdi, da je gibanje skupni imenovalec v vesolju, je ravnovesje prisotno tudi v mnogih vidikih narave in v predmetih, ki nas obkrožajo.

Vam lahko služi: Millikan Experiment: postopek, razlaga, pomen

Izostatično ravnovesje

Na planetarni lestvici je zemlja v Izostatično ravnovesje, Nekakšno gravitacijsko ravnovesje Zemljine skorje, katere gostota ni enotna.

Razlike v gostoti različnih blokov ali območja Zemljine skorje so nadomeščene z višinskimi razlikami, ki so značilne za orografijo planeta. Deluje na enak način, kot se različni materiali bolj ali manj potopijo v vodo glede na njihovo gostoto in dosežejo ravnovesje.

Ker pa bloki lubja ne lebdijo v vodi, ampak v plašču, ki je veliko bolj viskozen, ravnovesje ne imenujemo hidrostatični, ampak izostatični.

Fuzijska operacija v jedru

V zvezdah, kot je naše sonce, ravnovesje med silo gravitacije, ki jih stisne, in hidrostatičnim pritiskom, ki jih širi, ohranja fuzijski reaktor v delu v jedru zvezde, ki ga ohranja pri življenju. Od tega ravnotežja smo odvisni, tako da zemlja prejme potrebno svetlobo in toploto.

Gradnja

V lokalnem obsegu želimo, da stavbe in konstrukcije ostanejo stabilne, to je ravnotežni pogoji, ki upoštevajo, zlasti statično bilanco.

Zato je nastala statika, ki je veja mehanike, namenjena preučevanju ravnotežja teles in vsega, kar je potrebno, da jih tako ohrani.

Statične ravnotežne vrste

V praksi ugotavljamo, da je lahko statično ravnovesje iz treh razredov:

Stabilno ravnovesje

Pojavi se, ko se predmet premakne iz svojega položaja in se mu takoj vrne, ko ga je sila, ki jo je premaknila, oddaljila. Bližje kot je predmet tal, večja je verjetnost, da je v stabilnem ravnovesju.

Vam lahko služi: navidezna gostota: formula, enote in vaje rešene

Desna žoga na sliki 2 je dober primer, če jo vzamemo iz njegovega položaja ravnotežja na dnu posode, bo gravitacija odgovorna za hitro vrnitev.

Brezbrižno ali nevtralno ravnovesje

Pojavi se, ko se objekt, čeprav se premakne, nadaljuje v ravnovesju. Okrogli predmeti, kot je kroglica, ko so postavljeni na ravne površine, so v ravnovesju.

Nestabilno ravnovesje

Pojavi se, ko se predmet premakne iz njegovega ravnotežnega položaja, se nanj ne vrne. Če žogo držimo pred vrhom hriba na levi strani, je gotovo, da se ne bo vrnila s svojimi sredstvi.

Slika 2. Vrste ravnotežja. Vir: Wikimedia Commons.

Primer: statični delci

Recimo blok mase m Na nagnjeni ravnini, ki naj bi bila koncentrirana v njegovem geometrijskem središču.

Vodoravna komponenta teže w_x Nagiba se tako, da blok zdrsne, torej še ena sila, ki nasprotuje. Če želimo, da blok ostane v mirovanju, je ta sila statično trenje. Če pa dovolimo, da blok drsi navzdol s konstantno hitrostjo, potem je potrebna trdnost dinamično trenje.

Slika 3. Blok ostane v statičnem ravnovesju na nagnjeni ravnini. Vir: f. Zapata.

Ker ni trenja, bo blok zdrsnil spodaj, v tem primeru pa ne bo ravnotežja.

Da bo blok v mirovanju, sile, ki delujejo nanj: teža W, Normalno N in statično trenje F_s, Jih je treba nadomestiti. Tako:

∑ f_in = 0 → N - W_in = 0

∑ f_x = 0 → W_x - F_s = 0

Statično trenje uravnoteži vodoravno komponento teže: W_x = f_s in zato:

F_s = m . g .greh θ

Vaja rešena

Semafor 21.5 kg visi iz homogene AB aluminijaste palice 12 kg mase in 7.5 m dolga, ki jo vzdržuje CD horizontalna vrv, kot je prikazano na sliki. Najti:

Vam lahko služi: teorem prekrivanja: razlaga, aplikacije, rešene vaje

a) Napetost kabla CD

b) vodoravne in navpične komponente sile, ki jih izvaja vrtišče na steni.

Slika 4.- Semafor visi iz aluminijaste palice v statičnem ravnovesju. Vir: Giancoli. D. Fizika z aplikacijami.

Rešitev

Diagram sil, ki se nanaša na palico W, Napetosti v strunah ter vodoravne in navpične komponente vrtilne reakcije, imenovane r_x in r_in. Potem veljajo ravnotežni pogoji.

Slika 5. Brezplačni karoserijski diagram za palico. Vir: f. Zapata.

Prvi pogoj

Ker je težava v ravnini, prvi ravnotežni pogoj ponuja dve enačbi:

Σf_x = 0
Σf_in = 0

Od prvega:

R_x - T = 0

R_x = T

In drugega:

R_in - 117.6 N - 210.7 n = 0

R_in = 328.3 n

Vodoravna komponenta reakcije je enaka kot napetost T.

Drugi pogoj

Točka A iz slike 5 je izbrana kot zavoj, na ta način reakcijska roka R Je praznina, ne pozabite, da je velikost trenutka podana z:

M = f_┴ d

Kjer f_┴ To je pravokotna komponenta sile in D je razdalja med osi vrtenja in točko uporabe sile. Dobili bomo enačbo:

Slika 6. Trenutki v zvezi s točko A. Vir: f. Zapata.

Σm_Do = 0

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

Oglas na daljavo je:

AD = (3.8 m / greh 37 °) = 6.3 m

(210.7 × Sen 53 ° N) (7.5 m) + (117.6 × Sen 53 ° N) (3.75 m) - (T × Sen 37º N) (6.3 m) = 0

Izvajanje navedenih operacij:

1262.04 + 352.20 - 3.8T = 0

Čiščenje t dobi:

T = 424.8 n

Od prvega stanja je moralo_x = T, torej:

R_x = 424.8 n

Teme, ki jih zanimajo

Stanje prvega ravnotežja.

Drugo ravnotežno stanje.

Reference

1. Bedford, 2000. Do. Mehanika za inženiring: statična. Addison Wesley.
2. Figueroa, d. (2005). Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 4. Sistemi delcev. Uredil Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. Zvezek 1.
5. Wikipedija. Isostasia. Okrevano od: je.Wikipedija.org.