Instabiles Gleichgewichtskonzept und Beispiele

In der Mechanik ist ein Objekt in Instabiler Gleichgewicht Wenn es durch seine Position mit Gewalt bewegt wird, kehrt es nicht zu ihm zurück. Zum Beispiel der Ball der folgenden Abbildung, wenn er über dem Hügel befindet.

Abbildung 1. Der Ball befindet sich im instabil. Quelle: Wikimedia Commons.

Andererseits wird gesagt, wenn sich der Ball auf einer flachen Oberfläche befindet, wie in der Position des Zentrums gleichgültiges Gleichgewicht oder neutral. Eine Kraft, die sie stört, kann sie angewendet werden, um sie auf eine andere Seite zu bewegen, aber wenn die Kraft verschwindet, wird der Ball wieder stabil sein.

Schließlich befindet sich der Ball am Boden einer konkaven Schüssel. Diese Position ist auch ausgeglichen, aber aber stabiler Gleichgewicht. Eine Kraft, die den Ball stört, bringt ihn nur ein wenig um die ursprüngliche Position, um dorthin zurückzukehren.

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Ursachen für den Verlust des Gleichgewichts

Gemeinsame Objekte (und Menschen und Tiere) verlieren ihr Gleichgewicht und fallen aufgrund des Drehmoments, das vom Gewicht entstand. Wenn Sie einen ausgedehnten Körper haben, wird der Punkt, an dem das Gewicht wirkt, genannt Schwerkraftzentrum.

Das Gewicht kann dank der Unterstützung ausbalanciert werden, z. B. das, das eine Oberfläche liefert, und auf diese Weise bewegt sich das Objekt nicht. Hat aber immer noch die Möglichkeit, sich in Bezug auf einen Punkt zu drehen.

Unten gibt es eine Zahl mit einem ausgeglichenen Bleistift auf seiner Spitze, in instabil. Jeder Luftstrom wird sich herausstellen, aber inzwischen werden das normale Gewicht und die normale Kraft kompensiert. Darüber hinaus haben beide Kräfte die gleiche Wirkungslinie, die durch die Spitze des Bleistifts fließt, um das Gleichgewicht zu gewährleisten.

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Aber wenn sich der Bleistift nur ein wenig lehnt, wie nach rechts gezeigt, hört die Wirkungslinie des Gewichts auf. Dann erzeugt das Gewicht ein nicht ausgleichetes Drehmoment und der Bleistift dreht sich in Richtung der Takthände.

Figur 2. Der auf seiner Spitze gestützte Bleistift befindet sich im instabilen Gleichgewicht, eine kleine Störung führt zu einem Drehmoment in Bezug auf die Spitze und der Bleistift fällt ab. Quelle: f. Zapata.

Faktoren, die Stabilität garantieren

Fast immer, was gesucht wird. Fortsetzung des Beispiels des Bleistifts, sobald er fällt und horizontal an der Oberfläche bleibt, ist die neue Position viel stabiler als wenn sie auf der Spitze gestoppt wurde.

Dies liegt daran, dass der Schwerpunkt einerseits näher an der Oberfläche liegt und andererseits die Stützfläche des Bleistift.

Wenn die Stützfläche lar ist. Und wenn der Abstand vom Schwerpunkt zur Oberfläche niedriger ist, ist der Gewichthebelarm niedriger und daher das Drehmoment auch.

Je größer die Grundlage für die Unterstützung des Objekts und näher seines Schwerpunkts auf den Boden, desto weniger ist die Wahrscheinlichkeit des Umkippens und des Gleichgewichts tendenziell stabil. Babys wissen es und deshalb knacken sie normalerweise zuerst, bevor sie das Stehen riskieren.

Und wenn der Körper anstatt unterstützt zu werden, ist der Körper von einem Punkt aufgehängt, der Ort des Schwerpunkt.

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Balance -Beispiele

Gleichgewicht in unterstützten Körpern

Das Gleichgewicht in den unterstützten Körpern hängt, wie angegeben, auf:

-Wie nah der Schwerpunkt der Oberfläche.

-Die Objektbasisgröße.

Betrachten Sie einen Kegel auf einem flachen Tisch. Die stabilste Position ist ohne Zweifel die Basis des Kegels, die auf dem Tisch vollständig unterstützt wird. Dies ist die stabile Gleichgewichtsposition, da sich der Schwerpunkt des Kegels auf der Symmetrieachse und näher an seiner Basis als an der Spitze befindet.

Das gleichgültige Gleichgewicht wird erreicht, indem der Kegel liegt, und die instabile Balance entspricht dem Kegel an seiner Spitze, wie z.

Figur 3. Stabiler, gleichgültiger und instabiler Gleichgewicht eines auf einem Tisch unterstützten Kegels. Quelle: f. Zapata.

Gleichgewicht in suspendierten Körpern

Es ist üblich, hängende Körper zu finden, die mindestens einen Punkt hängen, wie Gemälde und Lampen. Bei der Festlegung des Gleichgewichts ist es notwendig, den Ort des Schwerpunkts und den des Suspensionspunkts zu berücksichtigen.

Die Situation ist mit Hilfe eines rechteckigen Pappblattes oder einer homogenen Materialregel leicht zu visualisieren. Hier fällt der Schwerpunkt mit dem geometrischen Zentrum der Abbildung zusammen, dass die Masse des Objekts gleichmäßig verteilt ist.

Um das Blatt in instabiles Gleichgewicht zu legen, wird es von einem Punkt aufgehängt, der gefunden wird unter Aus dem Schwerpunkt halten es nur das Blatt zwischen den Fingern, ohne sich zu stark zu verschärfen, um ihm Bewegungsfreiheit zu lassen.

Eine kleine Kraft reicht aus, damit sich das Blatt sofort in dem einen oder anderen Weise dreht, um sich sofort zu drehen. Der Grund für die Wende ist der gleiche wie im Fall des unterstützten Objekts: Das Gewicht übt ein kompromissloses Drehmoment aus, das die Rotation des Körpers erleichtert.

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Beim Drehen fließt das Blatt durch eine Position, die ein stabiles Gleichgewicht ist, in dem der Suspensionspunkt bleibt von oben im Schwerpunkt. Um diese Position reicht es ein wenig und hört schließlich auf.

Wenn erneut eine Kraft angewendet wird, reicht die Lamina erneut, kehrt aber erneut in diese Position zurück, in der der Sperre und der Schwerpunkt mit der Vertikalen ausgerichtet sind.

Schließlich wird die gleichgültige Balance überprüft, indem ein Pin genau durch den Schwerpunkt geleitet wird. Wenn sich das Blatt so umdreht, dass es in verschiedenen Positionen bleibt, ist zu sehen, dass es keinen größeren Unterschied zwischen ihnen gibt.

Zusammenfassend lässt sich sagen. Und das Gegenteil für eine stabile Balance.

Verweise

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