翻訳平衡は、全体として、オブジェクトが結果正味の力はゼロとして与えて、その上に働く全ての力が相殺されたときになっている状態です。数学的には、F 1 + F 2 + F 3 +… と言うことと同じです。= 0、ここでF 1、F 2、F 3 …は関与する力です
ボディが並進平衡にあるという事実は、ボディが必ずしも静止していることを意味しません。これは、上記の定義の特定のケースです。オブジェクトは動いている可能性がありますが、加速がない場合、これは均一な直線運動になります。
図1.並進バランスは、多くのスポーツにとって重要です。出典：Pixabay。
だから、体が休んでいると、このように続きます。すでに動きがある場合は、一定の速度になります。一般に、オブジェクトのモーションは、並進と回転の合成です。変換は、図2のようになります。線形または曲線。
しかし、オブジェクトのポイントの1つが固定されている場合、オブジェクトが移動する必要がある唯一の可能性は回転です。この例は、中心が固定されているCDです。CDには、その点を通過する軸を中心に回転する機能がありますが、移動はできません。
オブジェクトに固定点があるか、サーフェスでサポートされている場合、リンクについて説明します。リンクは、オブジェクトが実行できる動きを制限することによって相互作用します。
並進平衡の決定
平衡状態の粒子の場合、次のことを確認することが有効です。
F R = 0
または要約表記：
物体が並進平衡にあるためには、物体に作用する力を何らかの方法で補償して、その結果がゼロになるようにする必要があることは明らかです。
このようにして、オブジェクトは加速を受けず、そのすべてのパーティクルは静止しているか、一定の速度で直線移動します。
オブジェクトが回転できるようになれば、通常は回転します。そのため、ほとんどの動きは並進と回転の組み合わせで構成されています。
オブジェクトを回転させる
回転バランスが重要な場合は、オブジェクトが回転しないようにする必要があります。したがって、トルクまたはモーメントが作用しているかどうかを調べる必要があります。
トルクは、回転が依存するベクトルの大きさです。力を加える必要がありますが、力を加えるポイントも重要です。アイデアを明確にするために、力Fが作用する拡張オブジェクトを考え、それが何らかの軸Oを中心に回転を生成できるかどうかを見てみましょう。
力Fで点Pでオブジェクトを押すことにより、反時計回りの回転で点Oを中心にオブジェクトを回転させることが可能であることがすでにわかっています。ただし、力を加える方向も重要です。たとえば、中央のフィギュアに加えられた力は、オブジェクトを確実に動かすことはできますが、オブジェクトを回転させることはありません。
図2.大きなオブジェクトに力を加えるさまざまな方法。左端の図のみで回転効果が得られます。出典：自作。
O点に直接力を加えても、オブジェクトは回転しません。したがって、回転効果を実現するには、力が回転軸から特定の距離で加えられ、その作用線がその軸を通過してはならないことは明らかです。
トルクの定義
これらのすべての事実をまとめることを担当するベクトルの大きさであるτで示される力のトルクまたはモーメントは、次のように定義されます。
ベクトルrは回転軸から力の適用点に向けられ、rとFの間の角度の関与が重要です。したがって、トルクの大きさは次のように表されます。
最も効果的なトルクは、rとFが垂直のときに発生します。
ここで、回転がないことが望まれる場合、またはこれらが一定の角加速度で発生する場合、物体に作用するトルクの合計が、力に対して考慮されたものと同様にゼロであることが必要です。
平衡状態
バランスとは、安定性、調和、バランスを意味します。オブジェクトの動きにこれらの特性を持たせるには、前のセクションで説明した条件を適用する必要があります。
1）F 1 + F 2 + F 3 +…。= 0
2）τ 1 +τ 2 +τ 3 + …。= 0
最初の条件は並進平衡を保証し、2番目の条件は回転平衡を保証します。オブジェクトが静的平衡状態にある場合（あらゆる種類の動きがない場合）、両方が満たされている必要があります。
用途
平衡条件は多くの構造物に適用できます。建物または多様なオブジェクトが構築されるとき、それはそれらの部品が互いに同じ相対位置に留まることを意図して行われます。つまり、オブジェクトはバラバラになりません。
これは、足元にしっかりと留まる橋を構築する場合や、位置が変化しない、または転倒する傾向のある居住可能な構造を設計する場合などに重要です。
均一な直線運動は、運動の極端な単純化であると考えられていますが、自然にはほとんど発生しませんが、真空中の光の速度は一定であり、空気中の音の速度も一定であることを忘れないでください。中程度の均質性を考慮してください。
多くの人工モバイル構造では、一定の速度を維持することが重要です。たとえば、エスカレーターや組立ラインなどです。
例
これは、ランプのバランスを保つ緊張の古典的な運動です。ランプの重量は15 kgであることがわかっています。この位置に保持するために必要な応力の大きさを見つけます。
図3.並進平衡条件を適用することにより、ランプの平衡が保証されます。出典：自作。
解決
それを解決するために、3つの弦が交わる結び目に注目します。ノードとランプのそれぞれの自由体図が上の図に示されています。
ランプの重量はW = 5 Kgです。9.8 m / s 2 = 49N。ランプを平衡状態にするには、最初の平衡状態が満たされていれば十分です。
電圧T 1およびT 2は分解する必要があります。
これは、2つの未知数を持つ2つの方程式のシステムで、その答えはT 1 = 24.5 NおよびT 2 = 42.4 Nです。
参考文献
- レックス、A。2011。基礎物理学。ピアソン。76-90。
- Serway、R.、Jewett、J.（2008）。科学と工学のための物理学。ボリューム1. 7 ma。Ed。Cengage Learning。120-124。
- Serway、R.、Vulle、C。2011。物理学の基礎。9 na Ed。Cengage Learning。99-112。
- Tippens、P。2011。Physics：Concepts and Applications。第7版。マグローヒル。71-87。
- ウォーカー、J。2010。物理学。Addison Wesley。332 -346。