Τι είναι η Δυναμική Ισορροπία
Η ισορροπία ενός σωματιδίου στη φυσική ορίζεται ως μια κατάσταση στην οποία οι αντίθετες δυνάμεις σε ένα σύστημα είναι ισορροπημένες. Μπορεί επίσης να οριστεί ως μια κατάσταση στην οποία η εσωτερική ενέργεια και η κίνηση του σώματος δεν αλλάζουν. Επομένως, οι αλλαγές στην κίνηση πρέπει να παράγονται από εξωτερικές δυνάμεις. Η καθαρή δύναμη στο σύστημα ισούται με μηδέν. Όπως γνωρίζουμε από τον πρώτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα, ένα σώμα μπορεί είτε να είναι σε ηρεμία είτε σε κίνηση. Η επιτάχυνση και το άθροισμα όλων των εξωτερικών δυνάμεων στο σώμα είναι μηδέν.
Για παράδειγμα, όταν παρατηρείτε ένα αυτοκίνητο σε κίνηση, θα παρατηρήσετε ότι κινείται με σταθερή ταχύτητα σε ευθύ δρόμο. Αυτό σημαίνει ότι το αυτοκίνητο δεν έχει καθαρή εξωτερική δύναμη που να ασκεί πάνω του. Με άλλα λόγια, αυτή η ισορροπία ταξινομείται ως δυναμική ισορροπία. Ας ρίξουμε μια ματιά στην εισαγωγή στη δυναμική ισορροπία.
Εισαγωγή στη Δυναμική Ισορροπία
Για αρχή, ας κατανοήσουμε πρώτα τους διαφορετικούς τύπους ισορροπίας. Η ισορροπία είναι ένα ομοιόμορφο φαινόμενο που ταξινομείται σε δύο διαφορετικούς τύπους, συμπεριλαμβανομένης της στατικής και της δυναμικής ισορροπίας. Ποια είναι όμως η διαφορά μεταξύ των δύο; Αυτό μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητό με ένα παράδειγμα.
Ας υποθέσουμε ότι ένα αντικείμενο Α κινείται με σταθερή ταχύτητα με όλες τις δυνάμεις σε ισορροπία. Το αντικείμενο Α συνεχίζει να κινείται με σταθερή ταχύτητα έως ότου η οριζόντια δύναμη εξισορροπήσει τη δύναμη τριβής. Η οριζόντια δύναμη πρέπει να είναι προς την κατεύθυνση της κίνησης, ενώ η δύναμη τριβής είναι στην αντίθετη κατεύθυνση. Άρα το αντικείμενο Α βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία.
Από την άλλη πλευρά, υπάρχει ένα άλλο αντικείμενο Β στο οποίο δρουν δύο δυνάμεις από δεξιά και αριστερά. Το μέγεθος και των δύο δυνάμεων πρέπει να είναι ίσο αλλά αντίθετο στην κατεύθυνση. Έτσι, το αντικείμενο Β θα βρίσκεται σε ακίνητη κατάσταση ή σε ηρεμία. Δεν κινείται λόγω των ισορροπημένων δυνάμεων. Σε αυτή την περίπτωση, το αντικείμενο βρίσκεται σε στατική ισορροπία.
Ας κατανοήσουμε λεπτομερώς την έννοια της δυναμικής ισορροπίας.
Τι είναι η Δυναμική Ισορροπία;
Αν αναλύσουμε λοιπόν ένα αντικείμενο σε μεταφορική ή περιστροφική κίνηση, μπορεί να επιτύχει δυναμική ισορροπία. Στη μεταφραστική κίνηση, το διανυσματικό άθροισμα όλων των δυνάμεων πρέπει να είναι μηδέν. Επομένως, η επιτάχυνση θα είναι επίσης ίση με μηδέν ως F =ma.
∑ Fx =0 ∑ Fy =0
Η καθαρή εξωτερική ροπή που εφαρμόζεται στο σώμα πρέπει να είναι μηδενική στην περιστροφική κίνηση. Έτσι, μπορεί να γραφτεί ως:
∑τ =0
Ας προσπαθήσουμε τώρα να κατανοήσουμε την έννοια της δυναμικής ισορροπίας. Τόσο στη μεταφορική όσο και στην περιστροφική κίνηση, το σώμα βρίσκεται σε ισορροπία καθώς συνεχίζει να κινείται με ομοιόμορφη ταχύτητα. Έτσι, σε δυναμική ισορροπία, η καθαρή εξωτερική δύναμη και η ροπή είναι μηδέν.
Η επόμενη ερώτηση που θα έρθει στο μυαλό σας είναι να καθορίσετε εάν οι δυνάμεις είναι ισορροπημένες ή όχι. Οι δυνάμεις που δρουν σε ένα σώμα μπορεί να είναι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Θυμηθείτε ότι μια δύναμη έχει δύο συνιστώσες, συνήθως σε ορθή γωνία, δηλαδή στην κατεύθυνση x και y. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη είναι ένα διανυσματικό μέγεθος και με μέγεθος και κατεύθυνση. Επίσης, αυτός ο τύπος συστήματος δυνάμεων είναι γνωστός ως σύστημα ταυτόχρονης δύναμης.
Σκεφτείτε την ακόλουθη κατάσταση:
Ένα άτομο τραβάει ένα αυτοκίνητο υπό κάποια γωνία. Κινείται με σταθερή ταχύτητα σε ευθύ δρόμο, επομένως υπάρχει κάποια δύναμη τριβής F1 που αντιστέκεται στην κίνηση του αυτοκινήτου. Επίσης, θα παράγεται τάση F2 στο σχοινί λόγω της έλξης και της τριβής ως αντίθετη δύναμη. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να φτιάξετε δύο εξαρτήματα στην κατεύθυνση F2x και F2y της τάσης στο σχοινί καθώς έχει κάποια γωνία με το έδαφος. Θα υπάρχει επίσης μια δύναμη F3, η οποία θεωρείται ως η βαρυτική δύναμη που ενεργεί προς τα κάτω. F2y είναι η κανονική δύναμη από το έδαφος που ασκεί το αυτοκίνητο σε αντίδραση στο F3.
Έτσι, το διανυσματικό άθροισμα και των τεσσάρων δυνάμεων πρέπει να είναι μηδέν.
F1 + F2x + F2y + F3 =0
Εφαρμογές δυναμικής ισορροπίας
Οι πολιτικοί μηχανικοί συνήθως χρησιμοποιούν δυναμική ισορροπία για την κατασκευή κατασκευών. Είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη αυτό το είδος ισορροπίας για την ισορροπία ενός σώματος όταν αυτό βρίσκεται σε κίνηση. Επιπλέον, η δυναμική ισορροπία παίζει σημαντικό ρόλο στην ανύψωση των υλικών με τη βοήθεια ιμάντων. Η τάση στο σχοινί που χρησιμοποιείται για την ανύψωση βαρέων αντικειμένων θα πρέπει να ασκεί τεράστια δύναμη για να αποτρέψει την πτώση των αντικειμένων. Επομένως, είναι σημαντικό να κατασκευάσετε τα σχοινιά και να λάβετε υπόψη το βάρος που μπορούν να σηκώσουν ενάντια στη βαρύτητα. Αυτό διασφαλίζει ότι η αρματωσιά δεν θα αποτύχει.
Συμπέρασμα
Η δυναμική ισορροπία είναι ένα σημαντικό φαινόμενο στην καθημερινότητά μας. Τώρα οι μηχανικοί μπορούν να λύσουν τα προβλήματα της μηχανικής με τη βοήθειά της. Εδώ, καλύψαμε μια λεπτομερή εισαγωγή στη δυναμική ισορροπία. Εξερευνήσαμε επίσης την έννοια της δυναμικής ισορροπίας και τις εφαρμογές της. Επιπλέον, υπάρχουν μερικές καταστάσεις που αποδεικνύουν την αξιοπιστία του. Θα γνωρίζετε επίσης πού χρησιμοποιείται η δυναμική ισορροπία. Τέλος, μπορείτε να λάβετε περισσότερες πληροφορίες μέσα από τις σημειώσεις που έχουμε ετοιμάσει για όλους τους μαθητές.
