W fizyce obiekt jest w środku równowaga stabilna lekko przesunięty ze swojego położenia natychmiast do niego powraca. Możesz to sobie wyobrazić, wyobrażając sobie kulkę na dnie wklęsłego pojemnika: po niewielkim dotknięciu kulka obraca się na chwilę wokół najniższego punktu, a następnie zatrzymuje się..
Kiedy marmur znajduje się na dnie pojemnika, jego potencjalna energia grawitacyjna jest minimalna, więc ten punkt jest dla niego stabilnym punktem równowagi..
Stabilna równowaga jest ważna dla żywych istot i struktur, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, od czego ona zależy i jak ją utrzymać..
Chodząc i wykonując ruchy, ludzie i zwierzęta w naturalny sposób utrzymują równowagę. Niezastosowanie się do tego spowoduje upadek. Podczas uprawiania sportu stabilna równowaga jest niezbędna do rozwoju aktywności, takiej jak gra w piłkę nożną i bieganie z piłką, uniemożliwiając przeciwnikowi jej wzięcie..
Stabilność jest tak ważna w przyrodzie, że ludzie i zwierzęta mają zmysły, które pozwalają im przez cały czas poznać pozycję ciała: propriocepcja. W uchu wewnętrznym znajduje się wiele receptorów, które przez cały czas przekazują informacje o pozycji do mózgu..
Podobnie inżynierowie i budowniczowie wykorzystują zasady stabilności do budowania konstrukcji zdolnych do przetrwania w czasie i bezpiecznych dla użytkowników. Doświadczenie i nauka mechaniki prowadzą do ustalenia następujących warunków zapewniających stabilną równowagę rzeczy:
Aby ciało pozostawało w stabilnej równowadze, gdy jest podparte, musi spełniać:
-Korpus powinien mieć jak największą powierzchnię podparcia. Ta strefa podparcia jest ograniczona wszystkimi możliwymi osiami, względem których obiekt mógłby się obracać, przewracając się pod działaniem sił zewnętrznych..
-Środek ciężkości powinien znajdować się jak najniżej.
Stabilna równowaga ciała, ożywionego lub nie, zależy od położenia jego środka masy, bardzo szczególnego punktu, w którym skupiona jest cała jego masa. Będąc na Ziemi, środek masy pokrywa się ze środkiem ciężkości, czyli punktem na ciele, w którym uważa się, że przyłożony jest ciężar..
I właśnie ciężar jest jedną z najważniejszych sił, które należy wziąć pod uwagę w poszukiwaniu równowagi, ponieważ w zależności od tego, jak działa, może wywołać moment obrotowy lub moment, który powoduje obrót ciała.
Środek masy niekoniecznie zawiera masę. U osoby stojącej lub leżącej środek ciężkości znajduje się wewnątrz ciała. Ale po schyleniu się, aby dotknąć palców u nóg bez zginania kolan, środek masy jest na zewnątrz..
Innym niezbędnym elementem do utrzymania stabilnej równowagi obiektu jest podpora lub powierzchnia podparcia. Z doświadczenia wynika, że obiekty o dużych powierzchniach nośnych są bardziej stabilne niż te o mniejszych powierzchniach nośnych..
Aby zapewnić stabilną równowagę obiektu, prostopadła linia łącząca środek masy z powierzchnią podłoża musi przechodzić przez podstawę podpory. Jeśli ta linia wypadnie poza wspomnianą podstawę, obiekt przewróci się.
Aby zapewnić stabilną równowagę obsługiwanego obiektu, stosuje się następujące strategie:
-Obniż środek ciężkości obiektu, ponieważ im bliżej ziemi, tym większa stabilność. Można to osiągnąć, zwiększając masywność dolnej części ciała..
-Zwiększyć obszar kontaktu z podłożem.
Na poniższym rysunku znajduje się prostokątny blok wykonany z jednorodnego materiału wsparty na poziomej powierzchni. Środek ciężkości pokrywa się z geometrycznym środkiem bloku.
Na lewym obrazku blok znajduje się w stabilnej równowadze, ponieważ prostopadła linia łącząca środek ciężkości z podłogą przechodzi przez powierzchnię nośną, która jest podstawą bloku..
Na rysunku po prawej klocek jest nachylony pod kątem θ w taki sposób, że prostopadła linia przechodząca przez środek ciężkości opada właśnie na krawędź klocka. Po przekroczeniu wartości tego kąta blok przewraca się w prawo.
Z rysunku widać, że:
W przypadku przewrócenia się blok miałby niższy środek ciężkości, ponieważ do jest mniej niż b, i dlatego jego pozycja byłaby bardziej stabilna, oprócz tego, że byłaby wsparta na większej powierzchni.
Typowe sytuacje, w których uczestniczy stabilna równowaga, a nie tylko ciała podparte, opisano poniżej:
Obrazy wiszące na ścianach są w stabilnej równowadze, bez uwzględnienia sił tarcia, a jedynie wagę.
Kiedy piłkarz biegnie za piłką lub próbuje uniemożliwić rywalowi jej odebranie, musi utrzymać stabilną równowagę.
Stabilna równowaga jest również bardzo potrzebna podczas jazdy na rowerze lub motocyklu.
Wiadomo, że buty na szpilkach nie są tak stabilne jak buty na szerokim obcasie, ponieważ mają one większą powierzchnię podparcia niż poprzednie.
Kiedy osoba dotyka rąk palcami stóp, nie zginając kolan, środek ciężkości znajduje się na zewnątrz ciała. Jednak osoba pozostaje w stabilnej równowadze, ponieważ prostopadła linia łącząca środek ciężkości z ziemią przechodzi przez obszar wyznaczony przez stopy..
Z drugiej strony, jeśli osoba spróbuje dotknąć swoich palców u nóg, ale trzymając plecy i nogi blisko ściany, zobaczy, że nie może tego zrobić bez utraty równowagi, ponieważ prostopadła łącząca środek ciężkości z podłogą nie przechodzi przez obszar ograniczony stopami.
Aby zachować równowagę stojąc w autobusie lub wagonie kolejowym, ludzie natychmiast rozsuwają stopy. W ten sposób powierzchnia podnoszenia jest większa i prawdopodobieństwo upadku jest mniejsze..
Samochody sportowe i wyścigowe mają szerokie opony, które zapewniają większą stabilność.
Jeszcze bez komentarzy