Artikkel om typene likevekt av stiv kropp
Ikke alt vi finner i hverdagen hviler alltid. Kanskje hviler objektet i starten, men hvis det beveges (for eksempel av vinden), kan objekter bevege seg. Problemet er om objekter går tilbake til sin opprinnelige posisjon etter bevegelse eller ikke. Dette avhenger av objektets balanse. Etter bevegelse vil det være tre muligheter, nemlig:
(1) objektet går tilbake til sin opprinnelige posisjon,
(2) objektet beveger seg bort fra sin opprinnelige posisjon,
(3) objektet forblir i sin nye posisjon.
Hvis objektet er i stabil balanse etter å ha flyttet det tilbake til sin opprinnelige posisjon. Hvis objektet beveger seg enda lenger etter bevegelse, er objektet i ustabil balanse. Omvendt, hvis objektet forblir i sin nye posisjon etter bevegelse, er objektet i nøytral balanse.
1. Stabil likevekt
Et objekt som i utgangspunktet hviler, vil bevege seg hvis det utøves kraft eller dreiemoment på det (det er en resulterende kraft eller et resulterende kraftmoment). Likevekten er stabil hvis objektet, etter bevegelse, går tilbake til sin opprinnelige posisjon. Objekter i bevegelse går tilbake til sin opprinnelige posisjon på grunn av den resulterende kraften eller det resulterende kraftmomentet som oppstår etter at objektet beveger seg.
Eksempel 1. En gjenstand henges opp i et tau på en buffer. Først hviler gjenstanden. Etter å ha blitt dyttet, beveger gjenstanden seg og går tilbake til sin opprinnelige posisjon. Gjenstandens vekt er i midten av gjenstanden, mens støttepunktet er mellom tauet og støtten. Gjenstander i bevegelse går tilbake til sin opprinnelige posisjon på grunn av den resulterende tyngdekraften i horisontal retning (wx). Tauspenningen (T) og tyngdekraftkomponenten i vertikal retning (wy) eliminerer hverandre fordi disse to kreftene har samme størrelse, men motsatt retning.
Eksempel 2. Objektet i dalen. Objektet hviler først. Etter å ha blitt flyttet, beveger objektet seg til høyre og venstre, og går deretter tilbake til sin opprinnelige posisjon. Ballen beveger seg for å gå tilbake til sin opprinnelige posisjon på grunn av den resulterende tyngdekraften i horisontal retning (wx). Tyngdekraftkomponenten i vertikal retning (wy) og normalkraften (N) eliminerer hverandre fordi de to kreftene har samme størrelse, men retningen er motsatt.
Eksempel 3. I utgangspunktet hviler objektet. Tyngdepunktet er objektets sentrum, og støttepunktet er ved bunnen av objektet som er i kontakt med det flate planet. Etter å ha beveget seg til høyre, hever objektet seg til høyre. Hvis tyngdepunktet fortsatt er til venstre for omdreiningspunktet, kan objektet fortsatt gå tilbake til sin opprinnelige posisjon. Objektet kan bevege seg tilbake til sin opprinnelige posisjon på grunn av det resulterende kraftmomentet som genereres av tyngdekraften. I dette tilfellet fungerer støttepunktet som rotasjonsakse. Omvendt, hvis objektet flyttes til venstre, vil objektet løftet til venstre. Hvis tyngdepunktet fortsatt er til høyre for støttepunktet, kan objektet fortsatt gå tilbake til sin opprinnelige posisjon.
I tilfeller som eksempel 3 er objekter fortsatt i stabil likevekt hvis objektets tyngdepunkt ikke går gjennom støttepunktet etter at det er løftet. Hvis tyngdepunktet går forbi støttepunktet etter å ha blitt løftet til høyre, beveger objektet seg bort fra sin opprinnelige posisjon. Dette er et eksempel på ustabil likevekt.
2. Ustabil likevekt
Likevekt er ustabil dersom objektet i utgangspunktet er ubevegelig på grunn av den resulterende kraften eller det resulterende kraftmomentet som virker på objektet. Etter bevegelse går objektet ikke tilbake til sin opprinnelige posisjon, men bort fra sin opprinnelige posisjon.
Eksempel 1. Et objekt som i utgangspunktet står stille på grunn av interferens. Etter bevegelse fortsetter objektet å bevege seg bort fra sin opprinnelige posisjon. Objektet beveger seg bort fra sin opprinnelige posisjon fordi tyngdepunktet er til høyre for støttepunktet etter bevegelse. Når tyngdepunktet er til høyre for støttepunktet, oppstår det resulterende kraftmomentet, som dreier objektet bort fra sin opprinnelige posisjon.
Eksempel 2. Objektet er først over toppen.
Etter å ha blitt flyttet, fortsetter objektet å bevege seg bort
fra sin opprinnelige posisjon. Objektet beveger seg bort fra sin opprinnelige posisjon på grunn av tilstedeværelsen av tyngdekraftskomponenter i horisontal retning (b x ).
3. Nøytral likevekt
Nøytral likevekt hvis objektet forblir i sin nye posisjon etter å ha beveget seg på grunn av interferens. Objekter beveger seg ikke tilbake til sin opprinnelige posisjon, og objekter beveger seg ikke bort fra den opprinnelige posisjonen.
Eksempel 1: En ball hviler i utgangspunktet på et flatt plan og beveger seg. Etter at den har stoppet å bevege seg, forblir ballen i sin nye posisjon. Ballen beveger seg ikke tilbake til sin opprinnelige posisjon eller beveger seg ikke bort fra sin opprinnelige posisjon.
Basert på forklaringen ovenfor kan man konkludere med at:
For det første, hvis objektets tyngdepunkt er under støttepunktet, er objektet i stabil likevekt. For eksempel henges et objekt opp i et tau på en buffer.
For det andre, hvis tyngdepunktet til et objekt er over støttepunktet, er objektets likevekt relativ. Objekter kan være stabile, objekter kan også være ustabile.
For det tredje avhenger likevekten til objekter av formen og størrelsen på objektene. Bredere objekter er mer stabile enn ikke-brede objekter.
For det fjerde avhenger objekters likevekt av avstanden mellom tyngdepunktet og støttepunktet.
Hvis tyngdepunktet er langt fra støttepunktet, er objektet i en ustabil likevekt. Omvendt, hvis tyngdepunktet er nær støttepunktet, er likevekten ustabil.
