Artikel om typerna av jämvikt för stel kropp
Inte allt vi hittar i vardagen vilar alltid. Kanske vilar föremålet först, men om det flyttas (till exempel av vinden) kan föremål röra sig. Problemet är om föremål återgår till sin ursprungliga position efter att ha flyttats. Detta beror på objektets balans. Efter att ha flyttats finns det tre möjligheter, nämligen:
(1) objektet återgår till sin ursprungliga position,
(2) objektet rör sig bort från sin ursprungliga position,
(3) objektet förblir i sin nya position.
Om objektet, efter att ha flyttats tillbaka till sin ursprungliga position, är i stabil balans. Om objektet efter att ha flyttats, rör sig ytterligare, är objektet i instabil balans. Omvänt, om objektet efter att ha flyttats, förblir i sin nya position, är objektet i neutral balans.
1. Stabil jämvikt
Ett objekt som initialt vilar, om det utövas kraft eller vridmoment på det (det finns en resulterande kraft eller ett resulterande kraftmoment), så kommer objektet att röra sig. Jämvikt är stabil om objektet, efter att ha rört sig, återgår till sitt ursprungliga läge. Föremål i rörelse återgår till sitt ursprungliga läge på grund av den resulterande kraft eller det resulterande kraftmoment som uppstår efter att objektet rört sig.
Exempel 1. Ett föremål hängs upp med ett rep på en buffert. Först vilar föremålet. Efter att ha knuffats rör sig föremålet och det återgår till sin ursprungliga position. Föremålets vikt är i föremålets centrum, medan stödpunkten är mellan repet och stödet. Rörliga föremål återgår till sin ursprungliga position på grund av den resulterande gravitationen i horisontell riktning (wx). Repspänningen (T) och gravitationskomponenten i vertikal riktning (wy) eliminerar varandra eftersom dessa två krafter har samma storlek men motsatt riktning.
Exempel 2. Objektet i dalen. Objektet vilar initialt. Efter att ha flyttats rör sig objektet åt höger och vänster och återgår sedan till sitt ursprungliga läge. Bollen rör sig för att återgå till sitt ursprungliga läge på grund av den resulterande gravitationen i horisontell riktning (wx). Gravitationskomponenten i vertikal riktning (wy) och normalkraften (N) eliminerar varandra eftersom de två krafterna har samma magnitud, men riktningen är motsatt.
Exempel 3. Initialt vilar objektet. Tyngdpunkten är objektets centrum, och stödpunkten är vid objektets bas i kontakt med det plana planet. Efter att ha rört sig åt höger reser sig objektet åt höger. Om tyngdpunktens position fortfarande är till vänster om stödpunkten kan objektet fortfarande återgå till sin ursprungliga position. Objektet kan röra sig tillbaka till sin ursprungliga position på grund av det resulterande kraftmomentet som genereras av gravitationen. I detta fall fungerar stödpunkten som rotationsaxel. Omvänt, om objektet flyttas åt vänster, så lyfts åt vänster. Om tyngdpunkten fortfarande är till höger om stödpunkten kan objektet fortfarande återgå till sitt ursprungliga läge.
I fall som exempel 3 är föremål fortfarande i stabil jämvikt om föremålets tyngdpunkt inte passerar genom stödpunkten efter att ha lyfts. Om föremålets tyngdpunkt passerar stödpunkten efter att ha lyfts åt höger, rör sig föremålet bort från sin ursprungliga position. Detta är ett exempel på instabil jämvikt.
2. Instabil jämvikt
Jämvikt är instabil om objektet initialt är orörligt på grund av den resulterande kraften eller det resulterande kraftmomentet som verkar på objektet. Efter att ha rört sig återgår objektet inte till sin ursprungliga position, utan bort från sin ursprungliga position.
Exempel 1. Ett initialt orörligt objekt på grund av störningar. Efter att ha rört sig fortsätter objektet att röra sig bort från sin position. Objektet flyttar sig bort från sin ursprungliga position eftersom tyngdpunkten efter att ha rört sig är till höger om stödpunkten. När tyngdpunkten är till höger om stödpunkten uppstår det resulterande kraftmomentet, vilket vrider objektet bort från sin ursprungliga position.
Exempel 2. Objektet är först ovanför toppen.
Efter att ha flyttats fortsätter objektet att röra sig bort
från sin ursprungliga position. Objektet rör sig bort från sin ursprungliga position på grund av gravitationskomponenter i horisontell riktning (wx).
3. Neutral jämvikt
Neutral jämvikt om objektet, efter att ha rört sig på grund av störningar, stannar kvar i sin nya position. Objekt flyttas inte tillbaka till sin ursprungliga position och objekt flyttas inte bort från den ursprungliga positionen.
Exempel 1: En boll vilar initialt på ett plant plan och rör sig. Efter att ha slutat röra sig stannar bollen kvar i sin nya position. Bollen rör sig inte tillbaka till sin ursprungliga position eller rör sig inte bort från sin ursprungliga position.
Baserat på förklaringen ovan kan man dra slutsatsen:
För det första, om objektets tyngdpunkt är under stödpunkten, är objektet i stabil jämvikt. Till exempel hängs ett objekt upp i ett rep på en buffert.
För det andra, om ett objekts tyngdpunkt är ovanför stödpunkten, är objektets jämvikt relativ. Objekt kan vara stabila, objekt kan också vara instabila.
För det tredje beror objektens jämvikt på objektens form och storlek. Bredare objekt är stabilare än icke-breda objekt.
För det fjärde beror objektens jämvikt på avståndet mellan tyngdpunkten och stödpunkten.
Om tyngdpunkten är långt från stödpunkten är objektet i en instabil jämvikt. Omvänt, om tyngdpunkten är nära stödpunkten, är jämvikten instabil.
