في درس الفيزياء السابق، درسنا موضوعي ديناميكا الجسيمات وديناميكا الدوران . في ديناميكا الجسيمات، درسنا الجسيمات المتحركة حركة انتقالية ( حركة مستقيمة ، حركة دائرية ، حركة مكافئة ). وفي ديناميكا الدوران، درسنا الأجسام الصلبة الدوارة. في هذا الموضوع، درسنا الأجسام في حالة اتزان. هناك نوعان من الاتزان، وهما الاتزان الساكن والاتزان الحركي. وفقًا لقانون نيوتن الأول، يكون الجسم في حالة اتزان ساكن إذا كان ساكنًا، ويكون في حالة اتزان حركي إذا كان يتحرك بسرعة ثابتة. تركز هذه الورقة بشكل أكبر على مناقشة الاتزان الساكن (الأجسام الثابتة).
يُعدّ مفهوم اتزان الأجسام الصلبة من المعارف الأساسية الهامة، وله تطبيقات عديدة في الحياة اليومية، لا سيما في مجال الهندسة. ويُعدّ فهم وحساب القوى المؤثرة على جسم في حالة اتزان سكوني أمرًا بالغ الأهمية، خاصةً للخبراء التقنيين (المعماريين والمهندسين). فعند تصميم أي شيء، سواء كان مبنىً أو جسرًا أو مركبةً، يحرص المعماريون والمهندسون على حساب قدرة هيكل المبنى أو المركبة أو الجسر، وما إلى ذلك، على تحمّل القوى المؤثرة عليه لضمان عدم انهياره.
مثال على المشكلات
1. انظر إلى الصورة التالية! قضيب كتلته 1,5 كجم مثبت بمفصل عمودي على الحائط من أحد طرفيه، وفانوس معلق على مسافة معينة من المفصل. قوة الشد في الحبل للحفاظ على توازن القضيب هي...
مناقشة
من المعروف:
كتلة الحمل (m1 ) = 2 كجم
كتلة القضيب (م 2 ) = 1,5 كجم
تسارع الجاذبية الأرضية (g) = 10 م/ ث²
وزن الحمولة (w)1) = (2)(10) = 20 نيوتن
وزن القضيب (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 نيوتن
السؤال: ما مقدار الشد في الحبل الذي يجعل القضيب في حالة اتزان؟
جواب:
يتم حساب طول الحبل باستخدام صيغة فيثاغورس:
احسب قوة الشد في الحبل (T ):
حدد محور الدوران عند المفصلة. ضع في اعتبارك عزم القوة المؤثرة على القضيب.
عزم القوة 1:
τ 1 = ث 2 ص 2 = (15 ن)(0,4 م) = -6 نيوتن متر
عزم القوة 1 يتسبب في دوران القضيب في اتجاه عقارب الساعة بحيث يكون لعزم القوة 1 إشارة سالبة.
عزم القوة 2:
τ 2 = ث 1 ص 1 = (20 ن)(0,6 م) = -12 نيوتن متر
عزم القوة 2 يتسبب في دوران القضيب في اتجاه عقارب الساعة بحيث يكون لعزم القوة 1 إشارة سالبة.
عزم القوة 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
يتسبب عزم القوة 3 في دوران القضيب عكس اتجاه عقارب الساعة بحيث يكون لعزم القوة 3 إشارة موجبة.
لكي يكون النظام مستقرًا، فإن محصلة عزم القوة ( Στ) = 0
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/ 0,48
T = 37,5 نيوتن
مصدر السؤال:
أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية
