שיווי משקל מכני

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מטוטלת בשיווי משקל יציב (משמאל) ובשיווי משקל לא יציב (ימין)
גרף המדגים יציבות של שיווי משקל לפי אנרגיה פוטנציאלית של גוף

שיווי משקל מכני הוא מצב של מערכת שבו שקול הכוחות ושקול המומנטים בכל נקודה במערכת שווים לאפס. הגדרה נוספת היא מצב שבו המערכת נמצאת בנקודה שבה הגרדיאנט (נגזרת, שיפוע) של האנרגיה שווה לאפס (למשל נקודת מינימום של האנרגיה).

שיווי משקל יציב הוא שיווי משקל שבו תנועה קלה של הגוף תיצור תנודה קטנה סביב נקודת שווי המשקל (למשל כדור שמונח בתוך קערה עגולה), והוא מינימום מקומי של האנרגיה.

שיווי משקל רופף או לא יציב מוגדר כמצב שיווי משקל שבו תנועה קלה בכיוון כלשהו תגרום לכוחות הפועלים על גוף להוציאו משיווי משקל (למשל כדור שנמצא בראש קערה עגולה הפוכה), והוא מקסימום מקומי של האנרגיה.

שווי משקל אדיש הוא מצב שבו תנועה קלה תמשיך ללא שינוי משמעותי, ובו הגראדינט של האנרגיה מתאפס למשך כל התנועה.

שיווי משקל מכני אינו מעיד בהכרח על סטטיות - גוף קשיח השרוי בשיווי משקל אינו מצוי תחת תאוצה קווית או רדיאלית, אך ייתכן שיתמיד בתנועה קודמת (שילוב של מהירות קווית או מהירות זוויתית קבועה) שהוקנתה לו בטרם היה בשיווי משקל. שיווי משקל סטטי הוא מקרה פרטי של שיווי משקל מכני המתקיים בגופים סטטיים. נאמר שמתקיים שיווי משקל סטטי כאשר מערכת כוחות המופעלת על גוף אינה מייצרת תנועה.

השפעת מרכז כובד על שיווי משקל[עריכת קוד מקור | עריכה]

גוף מסוגל לעמוד בשווי משקל ולא ליפול רק כאשר אנך היוצא ממרכז הכובד שלו עובר דרך הבסיס. הגליל המצויר ייפול בוודאות, כיוון שהאנך נופל מחוץ לבסיס. זאת הסיבה ש"המגדלים הנופלים", כגון מגדל פיזה לא מתמוטטים , למרות זווית ההטיה שלהם (כיוון שהאנך עדיין לא יצא מחוץ לבסיס).

אדם העומד על רגליו, מהווה גוף הנשען על מישור. שטח משענו (הבסיס) נחשב השטח של כפות רגליו והשטח ביניהן.

אדם מסוגל לעמוד עד שהקו האנכי היוצא ממרכז הכובד עובר בתוך שטח המשען שלו (הבסיס). זאת הסיבה שקשה לעמוד על רגל אחת ועוד יותר קשה ללכת על חבל דק: הבסיס/שטח המשען צר מאוד ואנך היוצא ממרכז הכובד עלול בקלות לצאת מעבר לגבולות הבסיס. יציבותו של גוף העומד על מישור גדלה עם גדילת שטח משענו. את מידת יציבותו של גוף הנשען על מישור קובע גם הגובה של מרכז הכובד. לצורך איזונו של גוף ניתן להתייחס אל משקלו כאילו הוא מרוכז במרכז הכובד שלו. גוף שומר על שיווי משקל יציב רק אם מרכז הכובד שלו יהיה מעל לבסיס או מתחת לנקודת התליה – המשען . משום כך אי אפשר להעמיד ריבוע, למשל, על אחד מקדקודיו. לעומת זאת אין כל קושי לתלות את הריבוע בנקודת הקדקוד, כי במצב זה מרכז הכובד שלו נמצא מתחת לנקודת המשען (נקודת התליה).

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

P physics.svg ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.