În mecanică, un obiect este în echilibru instabil când, deplasându-l ușor din poziția sa prin intermediul unei forțe, nu revine la ea. De exemplu, mingea din figura următoare, când este deasupra movilei, se află într-un echilibru instabil, deoarece cea mai mică perturbare îl va face să se rostogolească în jos, fără posibilitatea de a reveni prin mijloacele sale.
În schimb, atunci când mingea este pe o suprafață plană, ca în poziția centrală, se spune că este în echilibru indiferent sau neutru. Se poate aplica o forță deranjantă, mutând-o într-o parte sau alta, dar dacă forța dispare, mingea va redeveni stabilă.
În cele din urmă, în dreapta, mingea se află în partea de jos a unui container concav. Această poziție este, de asemenea, una de echilibru, dar de echilibru stabil. O forță care deranjează mingea o va face doar să oscileze puțin în jurul poziției inițiale, pentru a ajunge să revină în liniște la ea..
Indice articol
Obiectele obișnuite (și oamenii și animalele) își pierd echilibrul și cad din cauza cuplului cauzat de greutate, forța pe care Pământul o exercită asupra tuturor obiectelor din apropierea suprafeței sale. Când ai corpul extins, se numește punctul în care acționează greutatea centrul de greutate.
Greutatea poate fi echilibrată datorită unui suport, precum cel furnizat de o suprafață, iar în acest fel obiectul nu se va mișca. Dar chiar și așa, are încă posibilitatea de a se întoarce într-un anumit punct, deoarece în obiectele extinse echilibrul forțelor nu este singurul factor care le menține nemișcate, ci și locul în care aceste forțe sunt aplicate..
Mai jos este o figură cu un creion echilibrat pe vârf, într-un echilibru instabil. Orice curent de aer îl va face să se răstoarne, dar între timp greutatea și forța normală de susținere se compensează reciproc. În plus, ambele forțe au aceeași linie de acțiune și aceasta trece prin vârful creionului, asigurând echilibrul..
Dar dacă creionul este înclinat puțin, așa cum se arată în dreapta, linia de acțiune a greutății încetează să treacă prin vârf, care acționează ca un pivot. Apoi, greutatea produce un cuplu dezechilibrat, iar pinul se rotește în sensul acelor de ceasornic..
Echilibrul stabil este aproape întotdeauna căutat, deoarece echilibrul instabil este, după cum sugerează și numele său, destul de precar. Continuând cu exemplul creionului, odată ce acesta cade și ajunge să se odihnească orizontal pe suprafață, noua poziție este mult mai stabilă decât atunci când stătea pe vârf..
Acest lucru se datorează faptului că, pe de o parte, centrul de greutate este mai aproape de suprafață și, pe de altă parte, suprafața de sprijin a creionului este mult mai mare..
Când suprafața de sprijin este mai mare, normalul este mai probabil să poată contracara greutatea, deoarece suprafața este exact ceea ce exercită normalul. Și dacă distanța de la centrul de greutate la suprafață este mai mică, brațul pârghiei greutății este mai mic și, în consecință, cuplul este, de asemenea, mai mic..
În concluzie, cu cât baza de sprijin a obiectului este mai mare și cu cât centrul de greutate al acestuia este mai aproape de sol, cu atât este mai mică probabilitatea de răsturnare și echilibrul tinde să fie stabil. Bebelușii știu acest lucru și de aceea tind să se târască mai întâi înainte de a risca să stea în picioare.
Și dacă în loc să fie sprijinit, corpul este suspendat dintr-un punct, locația centrului de greutate joacă, de asemenea, un rol proeminent atunci când se stabilește echilibrul, așa cum se va vedea în scurt timp în următoarele exemple.
Echilibrul în corpurile susținute depinde, după cum sa spus, de:
-Cât de aproape este centrul de greutate de suprafață.
-Dimensiunea bazei obiectului.
Luați în considerare un con pe o masă plană. Cea mai stabilă poziție fără îndoială este cu baza conului complet sprijinită pe masă. Aceasta este poziția stabilă de echilibru, deoarece centrul de greutate al conului se află pe axa de simetrie și mai aproape de baza sa decât de vârf..
Echilibrul indiferent se realizează prin plasarea conului culcat, iar echilibrul instabil corespunde conului de pe vârful său, precum creionul, ceea ce ar putea să nu fie o sarcină ușoară, deoarece la cea mai mică mișcare conul se răstoarnă.
Este obișnuit să găsești corpuri suspendate care atârnă de cel puțin un punct, cum ar fi picturile și lămpile. Atunci când stabiliți echilibrul, luați în considerare locația centrului de greutate și cel al punctului de suspendare..
Situația este ușor de vizualizat cu ajutorul unei foi de carton dreptunghiular sau a unei reguli de material omogen. Aici centrul de greutate coincide cu centrul geometric al figurii, presupunând că masa obiectului este distribuită uniform.
Pentru a plasa foaia într-un echilibru instabil, aceasta este suspendată dintr-un punct care este sub din centrul de greutate, puteți chiar să țineți foaia liber între degete pentru a vă oferi libertate de mișcare.
O forță mică este suficientă pentru ca lama să se rotească imediat într-o direcție sau alta. Motivul rotirii este același ca și în cazul obiectului susținut: greutatea exercită un cuplu necompensat care facilitează rotația corpului.
Când se rotește, foaia trece printr-o poziție de echilibru stabil, în care se află punctul de suspensie de sus centrul de greutate. În jurul acestei poziții oscilează puțin și se oprește în cele din urmă.
Dacă se aplică din nou o forță, lama oscilează din nou, dar revine din nou în acea poziție, în care punctul de suspendare și centrul de greutate sunt aliniate cu verticala.
În cele din urmă, echilibrul indiferent este verificat prin trecerea unui știft doar prin centrul de greutate. Dacă foaia este rotită pentru a fi în poziții diferite, se vede că nu vor exista diferențe majore între ele.
În concluzie, pentru corpurile suspendate în echilibru instabil, punctul de suspensie este sub centrul de greutate. Și opusul pentru un echilibru stabil.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.