Instabilt balanskoncept och exempel

I mekanik är ett objekt i Instabil balans När genom att flytta den bara från sin position med våld återgår den inte till den. Till exempel är bollen för följande figur, när den är över haugen är i instabil jämvikt, eftersom den minsta störningen kommer att göra den upp och ner, utan möjligheten att återvända med sina egna medel.

Figur 1. Bollen är i instabil jämvikt i vänster position, i likgiltig balans i mitten och i stabil balans till höger. Källa: Wikimedia Commons.

Å andra sidan, när bollen är på en plan yta, som i centrum, sägs det att den är i likgiltighet eller neutral. En kraft som stör den kan appliceras, flytta den till en annan sida, men om kraften försvinner kommer bollen att vara stabil igen.

Slutligen, till höger, är bollen längst ner i en konkav skål. Denna position är också balanserad, men stabil balans. En kraft som stör bollen kommer bara att få den att svänga lite runt den ursprungliga positionen för att hamna tillbaka till den.

[TOC]

Orsaker till förlust av balans

Vanliga föremål (och människor och djur) tappar balansen och faller på grund av vridmomentet som har sitt ursprung i vikten, den kraft som jorden utövat över alla föremål nära ytan. När du har en utökad kropp kallas punkten där vikten handlingar kallas tyngdkraftscentrum.

Vikten kan balanseras tack vare stödet, till exempel den som ger en yta, och på detta sätt kommer objektet inte att röra sig. Men har fortfarande möjligheten att vända sig med avseende på någon punkt, för i utökade föremål är balansen i krafter inte den enda faktorn som håller dem stilla, utan också platsen där dessa krafter tillämpas.

Nedan finns en siffra med en balanserad penna på spetsen, i instabil balans. Varje luftström kommer att vända den, men under tiden kompenseras den normala vikten och kraften som stöder sig själva. Dessutom har båda krafterna samma handlingslinje och detta passerar genom pennspetsen, vilket säkerställer balans.

Kan tjäna dig: icke -koplanära vektorer: definition, förhållanden, övningar

Men om blyertspennan bara lutar sig lite, som visas till höger, slutar viktlinjen. Sedan producerar vikten ett icke -balanserat vridmoment och blyertspenna i riktning mot klockhänderna.

figur 2. Pennan som stöds på spetsen är i instabil jämvikt, en liten störning kommer att få vikten att producera ett vridmoment med avseende på spetsen och pennan kommer. Källa: f. Zapata.

Faktorer som garanterar stabilitet

Nästan alltid det som söks är den stabila balansen, eftersom den instabila balansen är, som namnet indikerar, ganska osäker. Fortsätter med exemplet med pennan, när den faller och förblir horisontellt på ytan är den nya positionen mycket mer stabil än när den stoppades på spetsen.

Detta beror på att å ena sidan är tyngdpunkten närmare ytan och å andra sidan är stödytan på pennan mycket större.

När stödytan är stor. Och om avståndet från tyngdpunkten till ytan är lägre är viktspakarmen lägre, och därför är vridmomentet också.

Sammanfattningsvis, ju större grunden för stödet av objektet och närmare tyngdpunkten till golvet, desto mindre är sannolikheten för att välta och balansen tenderar att vara stabil. Spädbarn vet det och det är därför de vanligtvis spricker först innan de riskerar att stå.

Och om kroppen i stället för att få stöd från en punkt, har platsen för tyngdpunkten också en framträdande roll när man etablerar balans, vilket kommer att ses inom följande exempel.

Kan tjäna dig: Mount Olympus (Mars)

Exempel på balans

Balans i stöttade organ

Balansen i de stödda organen beror, som sagt, på:

-Hur nära tyngdpunkten på ytan.

-Objektets basstorlek.

Tänk på en kon på ett platt bord. Den mest stabila positionen utan tvekan är att konens bas är helt stöd på bordet. Detta är den stabila jämviktspositionen, eftersom konens tyngdpunkt är på symmetriens axel och närmare sin bas än till spetsen.

Den likgiltiga balansen uppnås genom att placera konen lögn och den instabila balansen motsvarar konen på dess spets, till exempel pennan, som kanske inte är en lätt uppgift, med tanke på att den minsta rörelsen konen vänder.

Figur 3. Stabil, likgiltig och instabil balans mellan en kon som stöds på ett bord. Källa: f. Zapata.

Balans i hängande kroppar

Det är vanligt att hitta hängande kroppar som hänger minst en punkt, till exempel målningar och lampor. När man fastställer balansen är det nödvändigt att överväga platsen för tyngdpunkten och den för upphängningspunkten.

Situationen är lätt att visualisera med hjälp av ett rektangulärt kartong eller en homogen materialregel. Här sammanfaller tyngdpunkten med figurens geometriska centrum, som förutsatt att objektets massa fördelas enhetligt.

För att placera arket i instabil jämvikt, är det suspenderat från en punkt som finns under Från tyngdpunkten håller det till och med arket mellan fingrarna utan att dra åt för mycket, för att lämna honom rörelsefrihet.

En liten kraft räcker för att arket omedelbart ska rotera i en eller annan mening. Anledningen till svängen är densamma som i fallet med det stödda objektet: Vikten utövar ett obehagligt vridmoment som underlättar kroppens rotation.

Kan tjäna dig: Lösningsvärme: Hur det beräknas, applikationer och övningar

När du svänger passerar arket genom en position som är av stabil jämvikt, där upphängningspunkten kvarstår från ovan av tyngdpunkten. Runt denna position sträcker den sig lite och slutar äntligen.

Om en kraft appliceras igen, sträcker sig lamina igen men återgår till den positionen igen, där upphängningspunkten och tyngdpunkten är i linje med den vertikala.

Slutligen kontrolleras den likgiltiga balansen genom att passera en stift exakt genom tyngdpunkten. Om arket vänds för att stanna i olika positioner, ser man att det inte kommer att bli någon större skillnad mellan dem.

Sammanfattningsvis är upphängningspunkten att tyngdkraften för kropparna upphängda i instabil jämvikt under tyngdpunkten. Och det motsatta för stabil balans.

Referenser

1. Bauer, w. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. MC Graw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. Femte. Ed. Pearson.
4. Resnick, r. (1999). Fysisk. Vul. 1. 3: e upplagan. på spanska. Kontinentala redaktionella företag s.TILL. av C.V.
5. Rex, a. 2011. Fysikens grunder. Pearson.
6. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14th. Ed. Volym 1. Pearson.