מאמר על סוגי שיווי המשקל של גוף נוקשה
לא כל הדברים שאנו מוצאים בחיי היומיום תמיד נחים. אולי בהתחלה החפץ נח, אבל אם הוא מוזז (למשל על ידי הרוח) חפצים יכולים לנוע. הבעיה היא, האם לאחר התנועה, חפצים חוזרים למיקומם המקורי או לא. זה תלוי בסוג האיזון של החפץ. לאחר התנועה, יהיו שלוש אפשרויות, דהיינו:
(1) החפץ חוזר למיקומו המקורי,
(2) העצם מתרחק ממיקומו המקורי,
(3) העצם נשאר במיקומו החדש.
אם לאחר הזזת העצם בחזרה למיקומו המקורי, הוא נמצא באיזון יציב. אם לאחר התנועה, העצם נע עוד יותר, אזי העצם נמצא באיזון לא יציב. לעומת זאת, אם לאחר התנועה, העצם נשאר במיקומו החדש, אזי העצם נמצא באיזון ניטרלי.
1. שיווי משקל יציב
גוף שנח בתחילה, אם עליו מופעל כוח או מומנט כוח (יש כוח תוצאתי או מומנט כוח תוצאתי) אזי הגוף ינוע. שיווי משקל יציב אם, לאחר התנועה, הגוף חוזר למקומו המקורי. גופים בתנועה חוזרים למיקומם המקורי עקב הכוח התוצאתי או מומנט הכוח התוצאתי המופיע לאחר שהגוף זז.
דוגמה 1. חפץ תלוי באמצעות חבל על גבי בולם. ראשית, החפץ נח. לאחר הדחיפה, החפץ נע והחפץ חוזר למיקומו המקורי. משקל החפץ נמצא במרכז החפץ, בעוד שנקודת התמיכה נמצאת בין החבל לתמיכה. חפצים נעים חוזרים למיקומם המקורי עקב כוח המשיכה המתקבל בכיוון האופקי (wx). מתח החבל (T) ורכיב כוח המשיכה בכיוון האנכי (wy) מבטלים זה את זה מכיוון שלשני כוחות אלה יש גודל זהה אך כיוון הפוך.
דוגמה 2. העצם בעמק. בתחילה, העצם נח. לאחר הזזתו, העצם נע ימינה ושמאלה, ואז חוזר למיקומו המקורי. הכדור נע כדי לחזור למיקומו המקורי עקב כוח הכבידה המתקבל בכיוון האופקי (wx). רכיב הכוח הכבידה בכיוון האנכי (wy) והכוח הנורמלי (N) מבטלים זה את זה מכיוון שלשני הכוחות יש את אותו גודל, אך כיוונם הפוך.
דוגמה 3. בתחילה, העצם נח. מרכז הכובד הוא מרכז העצם, ונקודת התמיכה נמצאת בבסיס העצם הנמצא במגע עם המישור השטוח. לאחר התנועה ימינה, העצם עולה ימינה. אם מיקום מרכז הכובד עדיין משמאל לנקודת המשען, אז העצם עדיין יכול לחזור למיקומו המקורי. העצם יכול לנוע חזרה למיקומו המקורי עקב מומנט הכוח הנובע מכוח הכבידה. במקרה זה, נקודת התמיכה משמשת כציר הסיבוב. לעומת זאת, אם העצם זז שמאלה, אז העצם... מורם שמאלה. אם מיקום מרכז הכובד עדיין מימין לנקודת התמיכה, העצם עדיין יכול לחזור למיקומו המקורי.
במקרים כמו דוגמה 3, עצמים עדיין נמצאים בשיווי משקל יציב אם לאחר הרמה, מרכז הכובד של העצם אינו עובר דרך נקודת התמיכה. אם לאחר הרמה ימינה, מרכז הכובד עובר את נקודת התמיכה, העצם מתרחק ממקומו המקורי. זוהי דוגמה לשיווי משקל לא יציב.
2. שיווי משקל לא יציב
שיווי משקל אינו יציב אם הגוף בתחילה חסר תנועה עקב הכוח המתקבל או מומנט הכוח המתקבל הפועל על הגוף. לאחר התנועה, הגוף אינו חוזר למיקומו המקורי, אלא מתרחק ממיקומו המקורי.
דוגמה 1. גוף חסר תנועה בתחילה עקב הפרעה. לאחר התנועה, הגוף ממשיך להתרחק ממקומו. גוף מתרחק ממקומו המקורי מכיוון שלאחר התנועה, מרכז הכובד נמצא מימין לנקודת התמיכה. כאשר מרכז הכובד נמצא מימין לנקודת התמיכה, נוצר מומנט הכוח המחזיר את הגוף ממקומו המקורי.
דוגמה 2. האובייקט נמצא בתחילה מעל לשיא.
לאחר הזזתו, החפץ ממשיך לנוע הרחק
ממיקומו המקורי. העצם מתרחק ממיקומו המקורי עקב נוכחות רכיבי כוח הכבידה ב כיוון אופקי (wx).
3. שיווי משקל ניטרלי
שיווי משקל ניטרלי אם לאחר תנועה עקב הפרעה, האובייקט נשאר במיקומו החדש. עצמים אינם חוזרים למיקומם המקורי ועצמים אינם מתרחקים ממיקומם המקורי.
דוגמה 1: כדור מונח בתחילה על מישור ישר, והוא בתנועה. לאחר שהוא מפסיק לנוע, הכדור נשאר במיקומו החדש. הכדור אינו חוזר למיקומו המקורי או אינו מתרחק ממקומו המקורי.
בהתבסס על ההסבר לעיל, ניתן להסיק:
ראשית, אם מרכז הכובד של העצם נמצא מתחת לנקודת התמיכה, העצם נמצא בשיווי משקל יציב. לדוגמה, עצם תלוי בחבל על גבי חיץ.
שנית, אם מרכז הכובד של גוף נמצא מעל נקודת התמיכה, שיווי המשקל של הגוף הוא יחסי. גופים יכולים להיות יציבים, גופים יכולים גם להיות לא יציבים.
שלישית, שיווי המשקל של עצמים תלוי בצורה ובגודל של עצמים. עצמים רחבים יותר יציבים יותר מאשר עצמים לא רחבים.
רביעית, שיווי המשקל של עצמים תלוי במרחק מרכז הכובד מנקודת התמיכה.
אם מרכז הכובד רחוק מנקודת התמיכה, אז העצם נמצא בשיווי משקל לא יציב. לעומת זאת, אם מרכז הכובד קרוב לנקודת התמיכה, אז שיווי המשקל אינו יציב.
