Không phải tất cả các vật thể mà chúng ta gặp trong cuộc sống hàng ngày đều luôn ở trạng thái nghỉ. Một vật thể có thể ban đầu ở trạng thái nghỉ, nhưng nếu nó bị di chuyển, nó có thể tiếp tục di chuyển. Câu hỏi đặt ra là liệu nó có trở lại vị trí ban đầu sau khi di chuyển hay không. Điều này phụ thuộc vào chuyển động. các loại cân bằng đối tượng cái đó.
Nếu một vật đang ở trạng thái nghỉ chịu tác động của một lực tổng hợp (có một lực tổng hợp hoặc mômen lực tổng hợp tác dụng lên vật), thì vật đó sẽ chuyển động. Sau khi chuyển động, sẽ có ba khả năng, đó là: (1) vật trở lại vị trí ban đầu, (2) vật di chuyển ra xa vị trí ban đầu, (3) vật giữ nguyên vị trí mới. Nếu sau khi chuyển động, vật trở lại vị trí ban đầu thì vật đó đang ở trạng thái nghỉ. trạng thái cân bằng ổn địnhNếu sau khi di chuyển, vật thể di chuyển xa hơn vị trí ban đầu, thì vật thể đang ở vị trí... sự cân bằng không ổn địnhNgược lại, nếu sau khi di chuyển vật thể mà nó vẫn ở vị trí mới, thì vật thể đó đang ở vị trí... cân bằng trung lập.
Trạng thái cân bằng ổn định
Một vật ban đầu ở trạng thái nghỉ, nếu một lực hoặc mômen xoắn tác dụng lên nó sao cho có một lực tổng hợp hoặc mômen tổng hợp làm cho vật chuyển động, thì vật sẽ chuyển động. Một vật ở trạng thái cân bằng ổn định nếu sau khi chuyển động, vật trở lại vị trí ban đầu. Vật chuyển động trở lại vị trí ban đầu vì có một lực tổng hợp hoặc mômen tổng hợp tác dụng lên nó.
ví dụ 1 :
Một vật được treo bằng một sợi dây từ một điểm tựa. Ban đầu, vật đứng yên. Sau khi bị đẩy, vật chuyển động rồi trở lại vị trí ban đầu. Tâm trọng lực của vật nằm ở giữa vật, trong khi điểm tựa nằm giữa sợi dây và điểm tựa.
Vật thể di chuyển trở lại vị trí ban đầu do lực hấp dẫn tổng hợp theo phương ngang (w).s). Lực căng dây (T) và thành phần của lực hấp dẫn theo phương thẳng đứng (w)yHai lực này triệt tiêu lẫn nhau vì chúng có cùng độ lớn và hướng ngược nhau.
ví dụ 2 :
Vật thể nằm trong một thung lũng. Ban đầu, vật thể đứng yên. Sau khi được di chuyển, vật thể di chuyển sang phải và sang trái rồi quay trở lại vị trí ban đầu. Vật thể quay trở lại vị trí ban đầu là do có lực hấp dẫn tổng hợp theo phương ngang (w).x). Thành phần trọng lực theo phương thẳng đứng (wy) và lực pháp tuyến (N) triệt tiêu lẫn nhau vì hai lực này có độ lớn bằng nhau và hướng ngược nhau.
ví dụ 3 :
Ban đầu, vật ở trạng thái nghỉ. Tâm trọng lực nằm ở giữa vật, và điểm tựa nằm ở đáy vật, tiếp xúc với mặt phẳng. Sau khi được di chuyển sang phải, vật được nâng lên bên phải. Nếu tâm trọng lực vẫn nằm bên trái điểm tựa, vật vẫn có thể quay trở lại vị trí ban đầu nhờ mômen lực tổng hợp do trọng lực tạo ra. Trong trường hợp này, điểm tựa đóng vai trò là trục quay.
Ngược lại, nếu vật thể được di chuyển sang trái, vật thể sẽ được nâng lên sang trái. Nếu vị trí Tâm trọng lực Nếu vật vẫn nằm bên phải điểm tựa, nó vẫn có thể quay trở lại vị trí ban đầu. Đối với các bài toán như ví dụ 3, vật vẫn ở trạng thái cân bằng ổn định nếu sau khi được nâng lên bên phải, trọng tâm của vật không đi qua điểm tựa. Nếu sau khi được nâng lên bên phải, trọng tâm đi qua điểm tựa, vật sẽ tiếp tục di chuyển ra xa vị trí ban đầu. Trong những bài toán như vậy, vật ở trạng thái cân bằng không ổn định.
sự cân bằng không ổn định
Một vật ở trạng thái cân bằng không ổn định nếu vật đó, ban đầu đứng yên, chuyển động do lực tổng hợp hoặc mômen lực tổng hợp tác dụng lên vật. Sau khi chuyển động, vật không trở lại vị trí ban đầu mà di chuyển ra xa vị trí ban đầu.
ví dụ 1.
Một vật ban đầu ở trạng thái nghỉ và sau đó chuyển động do một tác động (một lực tổng hợp hoặc mômen lực tổng hợp tác dụng lên vật). Sau khi chuyển động, vật tiếp tục di chuyển ra xa vị trí ban đầu. Vật di chuyển ra xa vị trí ban đầu vì sau khi chuyển động, trọng tâm nằm ở bên phải điểm tựa. Khi trọng tâm nằm ở bên phải điểm tựa, sẽ có một mômen lực tổng hợp làm quay vật ra xa vị trí ban đầu.
ví dụ 2.
Ban đầu vật thể đứng yên trên đỉnh. Sau khi được di chuyển, vật thể tiếp tục di chuyển ra xa vị trí ban đầu. Vật thể di chuyển ra xa vị trí ban đầu là do có thành phần trọng lực theo phương ngang (w).x).
Cân bằng trung lập
Một vật ở trạng thái cân bằng trung tính nếu, sau khi bị tác động bởi một nhiễu loạn, nó vẫn giữ nguyên vị trí mới. Vật đó không quay trở lại vị trí ban đầu, cũng không di chuyển ra khỏi vị trí ban đầu.
ví dụ 1.
Một quả bóng ban đầu nằm yên trên một mặt phẳng di chuyển do bị tác động bởi một lực cản. Sau khi dừng lại, quả bóng vẫn ở vị trí mới. Nó không quay trở lại vị trí ban đầu và cũng không di chuyển xa hơn vị trí ban đầu.
Sự kết luận
Dựa trên những giải thích trên, có thể rút ra các kết luận sau.
Đầu tiênNếu trọng tâm của một vật nằm dưới điểm tựa, vật đó sẽ luôn ở trạng thái cân bằng ổn định. Ví dụ, một vật treo bằng dây thừng trên một giá đỡ.
Thứ haiNếu trọng tâm của một vật nằm phía trên điểm tựa, thì sự cân bằng của vật đó là tương đối. Một vật có thể ở trạng thái cân bằng ổn định hoặc không ổn định.
Ngày thứ baNgoài ra, sự cân bằng của một vật thể còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của nó. Những vật thể rộng hơn và thấp hơn sẽ ổn định hơn những vật thể hẹp hơn và thấp hơn.
giữ nguyênSự cân bằng của một vật phụ thuộc vào khoảng cách từ tâm trọng lực đến điểm tựa. Nếu tâm trọng lực nằm xa điểm tựa, vật đó có xu hướng ở trạng thái cân bằng không ổn định. Ngược lại, nếu tâm trọng lực nằm gần điểm tựa, vật đó có xu hướng ở trạng thái cân bằng ổn định.
