Artikel tentang Jenis-jenis keseimbangan jasad tegar
Tidak semua benda yang kita temui dalam kehidupan seharian sentiasa berehat. Mungkin pada mulanya objek itu berehat, tetapi jika ia digerakkan (contohnya oleh angin) objek boleh bergerak. Masalahnya, sama ada selepas bergerak, objek kembali ke kedudukan asalnya atau tidak. Ini bergantung pada jenis keseimbangan objek tersebut. Selepas bergerak, akan terdapat tiga kemungkinan, iaitu:
(1) objek kembali ke kedudukan asalnya,
(2) objek bergerak menjauhi kedudukan asalnya,
(3) objek itu kekal dalam kedudukan baharunya.
Jika selepas menggerakkan objek kembali ke kedudukan asalnya, objek tersebut berada dalam keseimbangan yang stabil. Jika selepas bergerak, objek tersebut bergerak lebih jauh, maka objek tersebut berada dalam keseimbangan yang tidak stabil. Sebaliknya, jika selepas bergerak, objek tersebut kekal dalam kedudukan baharunya, maka objek tersebut berada dalam keseimbangan neutral.
1. Keseimbangan yang stabil
Suatu objek yang pada mulanya diletakkan, jika dikenakan daya atau tork (terdapat daya paduan atau momen daya paduan) maka objek tersebut akan bergerak. Keseimbangan adalah stabil jika, selepas bergerak, objek tersebut kembali ke kedudukan asalnya. Objek yang bergerak kembali ke kedudukan asalnya disebabkan oleh daya paduan atau momen daya paduan yang muncul selepas objek tersebut bergerak.
Contoh 1. Sebuah objek digantung dengan tali pada penimbal. Pertama, objek itu dihenti. Selepas ditolak, objek bergerak dan objek kembali ke kedudukan asalnya. Berat objek berada di tengah objek, manakala titik sokongan berada di antara tali dan sokongan. Objek yang bergerak kembali ke kedudukan asalnya disebabkan oleh graviti yang terhasil dalam arah mendatar (wx). Tegangan tali (T) dan komponen graviti dalam arah menegak (wy) saling menghapuskan kerana kedua-dua daya ini mempunyai saiz yang sama tetapi arah yang bertentangan.
Contoh 2. Objek di lembah. Pada mulanya, objek berehat. Selepas digerakkan, objek bergerak ke kanan dan kiri, kemudian kembali ke kedudukan asalnya. Bola bergerak untuk kembali ke kedudukan asalnya disebabkan oleh graviti yang terhasil dalam arah mendatar (wx). Komponen graviti dalam arah menegak (wy) dan daya normal (N) saling menghapuskan kerana kedua-dua daya mempunyai magnitud yang sama, tetapi arahnya bertentangan.
Contoh 3. Pada mulanya, objek berehat. Pusat graviti ialah pusat objek, dan titik sokongan berada di pangkal objek yang bersentuhan dengan satah rata. Selepas bergerak ke kanan, objek akan naik ke kanan. Jika kedudukan pusat graviti masih di sebelah kiri titik tumpu, maka objek masih boleh kembali ke kedudukan asalnya. Objek boleh bergerak kembali ke kedudukan asalnya disebabkan oleh momen daya yang terhasil oleh graviti. Dalam kes ini, titik sokongan bertindak sebagai paksi putaran. Sebaliknya, jika objek digerakkan ke kiri, maka objek terangkat ke kiri. Jika kedudukan pusat graviti masih di sebelah kanan titik sokongan, objek masih boleh kembali ke kedudukan asalnya.
Bagi kes seperti contoh 3, objek masih berada dalam keseimbangan stabil jika selepas diangkat, pusat graviti objek tidak melalui titik sokongan. Jika selepas diangkat ke kanan, pusat graviti melepasi titik sokongan, objek bergerak menjauhi kedudukan asalnya. Ini adalah contoh keseimbangan yang tidak stabil.
2. Keseimbangan yang tidak stabil
Keseimbangan adalah tidak stabil jika objek pada mulanya tidak bergerak disebabkan oleh daya paduan atau momen daya paduan yang bertindak ke atas objek tersebut. Selepas bergerak, objek tidak kembali ke kedudukan asalnya, tetapi menjauhi kedudukan asalnya.
Contoh 1. Objek yang pada mulanya tidak bergerak disebabkan oleh gangguan. Selepas bergerak, objek itu terus bergerak menjauhi kedudukannya. Objek menjauhi kedudukan asalnya kerana selepas bergerak, kedudukan pusat graviti berada di sebelah kanan titik sokongan. Apabila pusat graviti berada di sebelah kanan titik sokongan, momen daya yang terhasil akan timbul, yang akan memalingkan objek dari kedudukan asalnya.
Contoh 2. Objek pada mulanya berada di atas puncak.
Selepas digerakkan, objek itu terus bergerak menjauhi
dari kedudukan asalnya. Objek bergerak menjauhi kedudukan asalnya disebabkan oleh kehadiran komponen graviti dalam arah mendatar (w x ).
3. Keseimbangan neutral
Keseimbangan neutral jika selepas bergerak akibat gangguan, objek kekal pada kedudukan baharunya. Objek tidak bergerak kembali ke kedudukan asalnya dan objek tidak bergerak menjauhi kedudukan asal.
Contoh 1: Sebiji bola pada mulanya terletak di atas satah rata, sedang bergerak. Selepas berhenti bergerak, bola kekal di kedudukan baharunya. Bola tidak bergerak kembali ke kedudukan asalnya atau tidak bergerak menjauhi kedudukan asalnya.
Berdasarkan penjelasan di atas, dapat disimpulkan:
Pertama, jika pusat graviti objek berada di bawah titik sokongan, objek tersebut berada pada keseimbangan yang stabil. Contohnya, objek digantung dengan tali pada penimbal.
Kedua, jika pusat graviti sesuatu objek berada di atas titik sokongan, keseimbangan objek adalah relatif. Objek boleh menjadi stabil, objek juga boleh menjadi tidak stabil.
Ketiga, keseimbangan objek bergantung pada bentuk dan saiz objek. Objek yang lebih lebar lebih stabil berbanding objek yang lebar.
Keempat, keseimbangan objek bergantung pada jarak pusat graviti dari titik sokongan.
Jika pusat graviti jauh dari titik sokongan, maka objek berada pada keseimbangan yang tidak stabil. Sebaliknya, jika pusat graviti dekat dengan titik sokongan, maka keseimbangan adalah tidak stabil.
