สมดุลแปลเป็นรัฐที่มีวัตถุที่เป็นทั้งคือเมื่อกองกำลังทั้งหมดที่ทำหน้าที่ดังกล่าวถูกลดทอนให้เป็นผลมาจากแรงศูนย์สุทธิ ในทางคณิตศาสตร์มันเทียบเท่ากับการบอกว่า F 1 + F 2 + F 3 + …. = 0 โดยที่ F 1 , F 2 , F 3 …เป็นกองกำลังที่เกี่ยวข้อง
ความจริงที่ว่าร่างกายอยู่ในสภาวะสมดุลที่แปลได้ไม่ได้หมายความว่าร่างกายจะต้องหยุดพัก นี่เป็นกรณีเฉพาะของคำจำกัดความที่ให้ไว้ข้างต้น วัตถุอาจเคลื่อนที่ แต่ในกรณีที่ไม่มีความเร่งจะเป็นการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงสม่ำเสมอ
รูปที่ 1. ความสมดุลในการแปลมีความสำคัญสำหรับกีฬาจำนวนมาก ที่มา: Pixabay
ดังนั้นหากร่างกายได้พักผ่อนก็ยังคงเป็นเช่นนี้ และถ้ามันมีการเคลื่อนไหวอยู่แล้วก็จะมีความเร็วคงที่ โดยทั่วไปการเคลื่อนที่ของวัตถุใด ๆ เป็นองค์ประกอบของการแปลและการหมุน การแปลสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 2: เส้นตรงหรือเส้นโค้ง
แต่ถ้าจุดใดจุดหนึ่งของวัตถุได้รับการแก้ไขโอกาสเดียวที่จะต้องเคลื่อนที่คือการหมุน ตัวอย่างนี้คือซีดีที่มีการกำหนดจุดศูนย์กลาง ซีดีมีความสามารถในการหมุนรอบแกนที่ผ่านจุดนั้น แต่ไม่สามารถแปลได้
เมื่อวัตถุมีจุดคงที่หรือรองรับบนพื้นผิวเราจะพูดถึงลิงก์ ลิงก์โต้ตอบโดย จำกัด การเคลื่อนไหวที่วัตถุสามารถทำได้
การกำหนดดุลยภาพการแปล
สำหรับอนุภาคที่อยู่ในสภาวะสมดุลมันถูกต้องเพื่อให้แน่ใจว่า:
F R = 0
หรือในสัญกรณ์สรุป:
เป็นที่ชัดเจนว่าเพื่อให้ร่างกายอยู่ในสภาวะสมดุลการแปลแรงที่กระทำต่อมันจะต้องได้รับการชดเชยไม่ทางใดก็ทางหนึ่งเพื่อให้ผลลัพธ์ของมันเป็นศูนย์
ด้วยวิธีนี้วัตถุจะไม่ประสบกับความเร่งและอนุภาคทั้งหมดของมันหยุดนิ่งหรืออยู่ระหว่างการแปลเป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่
ตอนนี้ถ้าวัตถุสามารถหมุนได้โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะ นั่นคือเหตุผลที่การเคลื่อนไหวส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแปลและการหมุนร่วมกัน
หมุนวัตถุ
เมื่อความสมดุลในการหมุนมีความสำคัญอาจจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัตถุไม่หมุน ดังนั้นคุณต้องศึกษาว่ามีแรงบิดหรือช่วงเวลาที่กระทำอยู่หรือไม่
แรงบิดคือขนาดเวกเตอร์ที่การหมุนขึ้นอยู่กับ ต้องใช้กำลังที่จะนำมาใช้ แต่จุดของการบังคับใช้ก็มีความสำคัญเช่นกัน เพื่อชี้แจงแนวคิดให้พิจารณาวัตถุขยายที่แรง F กระทำและให้เราดูว่ามันสามารถทำให้เกิดการหมุนรอบแกน O หรือไม่
เป็นไปตามสัญชาตญาณอยู่แล้วว่าการผลักวัตถุไปที่จุด P ด้วยแรง F มันเป็นไปได้ที่จะทำให้วัตถุหมุนรอบจุด O ด้วยการหมุนทวนเข็มนาฬิกา แต่ทิศทางที่ใช้แรงก็มีความสำคัญเช่นกัน ตัวอย่างเช่นแรงที่กระทำกับรูปที่อยู่ตรงกลางจะไม่ทำให้วัตถุหมุนแม้ว่าจะสามารถเคลื่อนย้ายได้ก็ตาม
รูปที่ 2 วิธีต่างๆในการใช้แรงกับวัตถุขนาดใหญ่เฉพาะในรูปด้านซ้ายสุดเท่านั้นที่จะได้เอฟเฟกต์การหมุน ที่มา: self made.
การใช้แรงโดยตรงกับจุด O จะไม่ทำให้วัตถุหมุนเช่นกัน ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์การหมุนต้องใช้แรงในระยะห่างที่กำหนดจากแกนของการหมุนและแนวการกระทำของมันจะต้องไม่ผ่านแกนนั้น
ความหมายของแรงบิด
แรงบิดหรือโมเมนต์ของแรงแสดงเป็นτขนาดเวกเตอร์ที่รับผิดชอบในการรวมข้อเท็จจริงเหล่านี้ทั้งหมดเข้าด้วยกันถูกกำหนดเป็น:
เวกเตอร์ r ถูกส่งจากแกนของการหมุนไปยังจุดที่ใช้แรงและการมีส่วนร่วมของมุมระหว่าง r และ F เป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นขนาดของแรงบิดจึงแสดงเป็น:
แรงบิดที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อ r และ F ตั้งฉากกัน
ตอนนี้หากต้องการให้ไม่มีการหมุนหรือสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นด้วยความเร่งเชิงมุมคงที่จำเป็นที่ผลรวมของแรงบิดที่กระทำต่อวัตถุจะเป็นศูนย์ในลักษณะเดียวกับที่พิจารณาสำหรับกองกำลัง:
สภาวะสมดุล
ความสมดุลหมายถึงความมั่นคงความสามัคคีและความสมดุล เพื่อให้การเคลื่อนที่ของวัตถุมีลักษณะเหล่านี้ต้องใช้เงื่อนไขที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้านี้:
1) F 1 + F 2 + F 3 + …. = 0
2) τ 1 + τ 2 + τ 3 + …. = 0
เงื่อนไขแรกรับประกันสมดุลการแปลและสมดุลการหมุนที่สอง ทั้งสองจะต้องได้รับการเติมเต็มหากวัตถุนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลคงที่ (ไม่มีการเคลื่อนที่ใด ๆ )
การประยุกต์ใช้งาน
เงื่อนไขสมดุลสามารถใช้ได้กับโครงสร้างหลายอย่างเนื่องจากเมื่อมีการสร้างอาคารหรือวัตถุที่มีความหลากหลายมันจะทำโดยตั้งใจให้ชิ้นส่วนของพวกมันอยู่ในตำแหน่งสัมพัทธ์เดียวกันซึ่งกันและกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งวัตถุไม่ได้แยกออกจากกัน
สิ่งนี้มีความสำคัญเช่นเมื่อสร้างสะพานที่อยู่ใต้เท้าอย่างมั่นคงหรือเมื่อออกแบบโครงสร้างที่อยู่อาศัยได้โดยไม่เปลี่ยนตำแหน่งหรือมีแนวโน้มที่จะพลิกคว่ำ
แม้ว่าจะเชื่อกันว่าการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงสม่ำเสมอเป็นการทำให้การเคลื่อนที่ง่ายขึ้นอย่างมากซึ่งแทบจะไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติ แต่ต้องจำไว้ว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศนั้นคงที่และเสียงในอากาศก็เช่นกันหาก พิจารณาตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน
ในโครงสร้างเคลื่อนที่ที่มนุษย์สร้างขึ้นจำนวนมากสิ่งสำคัญคือต้องรักษาความเร็วให้คงที่ตัวอย่างเช่นบนบันไดเลื่อนและสายการประกอบ
ตัวอย่าง
นี่คือการออกกำลังกายแบบคลาสสิกของความตึงเครียดที่ยึดหลอดไฟให้สมดุล หลอดไฟมีน้ำหนัก 15 กก. ค้นหาขนาดของความเค้นที่จำเป็นในการถือไว้ในตำแหน่งนี้
รูปที่ 3 ความสมดุลของหลอดไฟได้รับการประกันโดยใช้เงื่อนไขสมดุลการแปล ที่มา: self made.
สารละลาย
ในการแก้ปัญหาเรามุ่งเน้นไปที่ปมที่ทั้งสามสายมาบรรจบกัน ไดอะแกรมร่างกายอิสระตามลำดับสำหรับโหนดและสำหรับหลอดไฟแสดงไว้ในรูปด้านบน
น้ำหนักของหลอด W = 5 Kg. 9.8 m / s 2 = 49 N เพื่อให้หลอดไฟอยู่ในสภาวะสมดุลก็เพียงพอสำหรับเงื่อนไขสมดุลแรกที่จะบรรลุ:
แรงดันไฟฟ้า T 1และ T 2จะต้องถูกย่อยสลาย:
มันเป็นระบบของสองสมการที่มีสองสมการที่ไม่รู้จักซึ่งคำตอบคือ T 1 = 24.5 N และ T 2 = 42.4 N
อ้างอิง
- Rex, A. 2011. ความรู้พื้นฐานทางฟิสิกส์. เพียร์สัน 76 - 90.
- Serway, R. , Jewett, J. (2008). ฟิสิกส์สำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม. เล่ม 1. 7 ma . Ed. Cengage Learning. 120-124
- Serway, R. , Vulle, C. 2011. ความรู้พื้นฐานทางฟิสิกส์. 9 na Ed. Cengage Learning. 99-112
- Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. ฉบับที่ 7 MacGraw Hill 71 - 87.
- Walker, J. 2010. ฟิสิกส์. แอดดิสันเวสลีย์ 332 -346