Concetto di equilibrio instabile ed esempi

In meccanica, un oggetto è in Equilibrio instabile Quando spostalo solo dalla sua posizione con la forza, non ci torna. Ad esempio, la palla della figura seguente, quando è al di sopra del tumulo è in equilibrio instabile, perché il minimo disturbo lo farà capovolgere, senza la possibilità di tornare con i propri mezzi.

Figura 1. La palla è in equilibrio instabile nella posizione di sinistra, in equilibrio indifferente al centro e in equilibrio stabile a destra. Fonte: Wikimedia Commons.

D'altra parte, quando la palla si trova su una superficie piana, come nella posizione del centro, si dice che sia dentro equilibrio indifferente o neutro. Una forza che disturba può essere applicata, spostandolo su un altro lato, ma se la forza scompare, la palla sarà di nuovo stabile.

Infine, a destra, la palla è in fondo a una ciotola concava. Anche questa posizione è bilanciata, ma equilibrio stabile. Una forza che disturba la palla, farà oscillare solo un po 'attorno alla posizione originale, per finire per tornare ad essa.

[TOC]

Cause di perdita di equilibrio

Gli oggetti comuni (e le persone e gli animali) perdono l'equilibrio e la caduta a causa della coppia originata dal peso, la forza esercitata dalla terra su tutti gli oggetti vicino alla sua superficie. Quando hai un corpo esteso, il punto in cui si chiama il peso Centro di gravità.

Il peso può essere bilanciato grazie al supporto, come quello che fornisce una superficie, e in questo modo l'oggetto non si muoverà. Ma ha ancora la possibilità di girare rispetto ad un certo punto, perché negli oggetti estesi l'equilibrio delle forze non è l'unico fattore per mantenerle fermi, ma anche il luogo in cui vengono applicate queste forze.

Di seguito c'è una figura con una matita bilanciata sulla sua punta, in equilibrio instabile. Qualsiasi corrente d'aria lo scoprirà, ma nel frattempo, il peso e la forza normali che si sostengono vengono compensati. Inoltre, entrambe le forze hanno la stessa linea di azione e questo passa attraverso la punta della matita, garantendo l'equilibrio.

Può servirti: vettori non -coplanar: definizione, condizioni, esercizi

Ma se la matita si appoggia solo un po ', come mostrato a destra, la linea di azione del peso smette di passare attraverso la punta, che funge da perno. Quindi il peso produce una coppia non bilanciata e la matita ruota nella direzione delle mani dell'orologio.

figura 2. La matita supportata sulla sua punta è in equilibrio instabile, un piccolo disturbo causerà il peso per produrre una coppia rispetto alla punta e la matita cadrà. Fonte: f. Zapata.

Fattori che garantiscono stabilità

Quasi sempre ciò che viene richiesto è l'equilibrio stabile, poiché l'equilibrio instabile è, come indica il nome, abbastanza precario. Continuando con l'esempio della matita, una volta che cade e rimane orizzontalmente sulla superficie, la nuova posizione è molto più stabile di quando è stata fermata sulla punta.

Questo perché, da un lato, il baricentro è più vicino alla superficie e dall'altro, la superficie di supporto della matita è molto maggiore.

Quando la superficie di supporto è Lar. E se la distanza dal centro di gravità alla superficie è inferiore, il braccio della leva di peso è inferiore e quindi la coppia è anche.

In conclusione, maggiore è la base del supporto dell'oggetto e più vicino il suo centro di gravità sul pavimento, minore è la probabilità di ribaltamento e l'equilibrio tende ad essere stabile. I bambini lo sanno ed è per questo che di solito si rompono prima di rischiare di stare in piedi.

E se invece di essere supportato, il corpo è sospeso da un punto, anche la posizione del centro di gravità ha un ruolo di primo piano quando si stabilisce l'equilibrio, come si vedrà a breve nei seguenti esempi.

Può servirti: Monte Olympus (Marte)

Esempi di equilibrio

Equilibrio nei corpi supportati

L'equilibrio nei corpi supportati dipende, come affermato, su:

-Quanto vicino il baricentro della superficie.

-La dimensione della base dell'oggetto.

Considera un cono su un tavolo piatto. La posizione più stabile senza dubbio è con la base del cono pienamente supportato sul tavolo. Questa è la posizione di equilibrio stabile, poiché il centro di gravità del cono è sull'asse di simmetria e più vicino alla sua base che alla punta.

L'equilibrio indifferente si ottiene posizionando il cono mentito e l'equilibrio instabile corrisponde al cono sulla sua punta, come la matita, che potrebbe non essere un compito facile, dato che il movimento più piccolo gira.

Figura 3. Equilibrio stabile, indifferente e instabile di un cono supportato su un tavolo. Fonte: f. Zapata.

Equilibrio nei corpi sospesi

È comune trovare corpi sospesi che pendono almeno un punto, come dipinti e lampade. Quando si stabilisce l'equilibrio, è necessario considerare la posizione del centro di gravità e quella del punto di sospensione.

La situazione è facile da visualizzare con l'aiuto di un foglio di cartone rettangolare o di una regola del materiale omogeneo. Qui il centro di gravità coincide con il centro geometrico della figura, che supponendo che la massa dell'oggetto sia distribuita in modo uniforme.

Per posizionare il foglio in equilibrio instabile, è sospeso da un punto che si trova Sotto Dal centro di gravità, tiene persino il foglio tra le dita senza stringere troppo, per lasciargli la libertà di movimento.

Una piccola forza è sufficiente per far ruotare immediatamente il foglio in un senso o nell'altro. Il motivo della svolta è lo stesso del caso dell'oggetto supportato: il peso esercita una coppia senza compromessi che facilita la rotazione del corpo.

Può servirti: calore della soluzione: come viene calcolato, applicazioni ed esercizi

Quando si gira, il foglio passa attraverso una posizione di equilibrio stabile, in cui rimane il punto di sospensione da sopra del centro di gravità. Intorno a questa posizione va un po 'e finalmente si ferma.

Se una forza viene nuovamente applicata, la lamina varia di nuovo ma ritorna di nuovo in quella posizione, in cui il punto di sospensione e il centro di gravità sono allineati con il verticale.

Infine, l'equilibrio indifferente viene controllato passando un perno proprio attraverso il centro di gravità. Se il foglio viene trasformato per rimanere in diverse posizioni, si vede che non ci sarà alcuna differenza tra loro.

In conclusione, per i corpi sospesi in equilibrio instabile, il punto di sospensione è al di sotto del centro di gravità. E il contrario per l'equilibrio stabile.

Riferimenti

1. Bauer, w. 2011. Fisica per ingegneria e scienze. Volume 1. Mc Graw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Scienze fisiche concettuali. 5 °. Ed. Pearson.
4. Resnick, r. (1999). Fisico. Vol. 1. 3a ed. in spagnolo. Azienda editoriale continentale S.A. di c.V.
5. Rex, a. 2011. Fondamenti di fisica. Pearson.
6. Sears, Zemansky. 2016. Fisica universitaria con fisica moderna. 14 °. Ed. Volume 1. Pearson.