בשיעור הפיזיקה הקודם, למדנו את הנושאים של דינמיקת חלקיקים ודינמיקה סיבובית . בדינמיקת חלקיקים, למדנו חלקיקים בתנועה תזוזתית ( תנועה ישרה , תנועה מעגלית , תנועה פרבולית ). בדינמיקה סיבובית, למדנו גופים קשיחים מסתובבים. בנושא זה, למדנו עצמים בשיווי משקל. ישנם שני סוגים של שיווי משקל, כלומר שיווי משקל סטטי ושיווי משקל דינמי. על פי החוק הראשון של ניוטון, גוף נמצא בשיווי משקל סטטי אם הגוף נמצא במנוחה וגוף נמצא בשיווי משקל דינמי אם הגוף נע במהירות קבועה. מאמר זה מתמקד יותר בדיון בשיווי משקל סטטי (עצמים נייחים).
מושג שיווי המשקל של גוף קשיח הוא ידע בסיסי חשוב מאוד ויש לו יישומים רבים בחיי היומיום, במיוחד בתחום ההנדסה. הבנה וחישוב הכוחות הפועלים על עצם במצב של שיווי משקל סטטי חשובים מאוד, במיוחד עבור מומחים טכניים (אדריכלים או מהנדסים). כאשר מתכננים משהו, בין אם זה בניין, גשר, רכב וכו', אדריכלים או מהנדסים מחשבים בקפידה גם האם מבנה של בניין, רכב, גשר וכו', מסוגל לעמוד בכוחות הפועלים עליו כך שלא יקרוס.
דוגמה לבעיות
1. התבוננו בתמונה הבאה! מוט במשקל 1,5 ק"ג מחובר בניצב לקיר בקצה אחד, ופנס תלוי במרחק מסוים מהציר. המתח בחבל כדי לשמור על המוט בשיווי משקל הוא...
דִיוּן
זה ידוע:
מסת המטען (מ"ר ) = 2 ק"ג
מסת המוט (מ"ר ) = 1,5 ק"ג
תאוצת כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה 2
משקל עומס (במשקל)1) = (2)(10) = 20 ניוטון
משקל מוט (w² ) = (1,5)(10) = 15 ניוטון
שאלה: גודל המתח בחבל כך שהמוט יהיה בשיווי משקל
ג'וואב:
אורך החבל מחושב לפי נוסחת פיתגורס:
חשב את כוח המתיחה של החבל (T ):
בחר את ציר הסיבוב בציר. קח בחשבון את מומנט הכוח הפועל על המוט.
רגע הכוח 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 מ') = -6 ננומטר
מומנט כוח 1 גורם למוט להסתובב עם כיוון השעון כך שלמומנט כוח 1 יש סימן שלילי.
רגע הכוח 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 מ') = -12 ננומטר
מומנט כוח 2 גורם למוט להסתובב עם כיוון השעון כך שלמומנט כוח 1 יש סימן שלילי.
רגע הכוח 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
מומנט כוח 3 גורם למוט להסתובב נגד כיוון השעון כך שלמומנט כוח 3 יש סימן חיובי.
כדי שהמערכת תהיה נייחת, מומנט הכוח המתקבל ( Στ) = 0
Στ = 0
τ1 + τ2 + τ3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/ 0,48
T = 37,5 ניוטון
מקור השאלה:
שאלות בפיזיקה בבחינה הארצית לחטיבת ביניים/תיכון מקצועי
