第二个平衡条件

本文解释了第二个平衡条件是什么及其组成。您还将找到第二个平衡条件的真实示例,最后,您将能够通过逐步解决的练习进行训练。

第二个平衡条件是什么?

在物理学中,第二个平衡条件是一条规则,规定如果施加到物体上的力矩总和为零,则物体处于旋转平衡状态。

因此,当合成力矩为零时,第二平衡条件得到满足。从数学上讲,第二个平衡条件用以下公式表示:

\displaystyle\somme \vv{M}=0

请注意,力矩必须矢量相加,因为作用在不同轴上的力矩无法相加。如果使用共面力(二维),这种情况不是问题,因为力矩始终沿相同方向移动,但在三维中工作时必须意识到这一点。

\displaystyle\sum\vv{M_x}=0\qquad\sum\vv{M_y}=0\qquad\sum\vv{M_z}=0\qquad

请记住,力在一点上的力矩(或扭矩)是通过将力的值乘以力距该点的垂直距离来计算的。

M=F\cdot d

然后,为了满足第二个平衡条件的方程,物体必须具有零角加速度,或者换句话说,处于这种状态的物体不旋转(它处于静止状态)或以恒定的角速度旋转。

因此,我们可以区分旋转平衡的类型:

  • 静态旋转平衡:当力矩之和为零且物体的角速度为零时。
  • 动态旋转平衡:当力矩之和为零且物体的角速度恒定(不同于零)时。

第二平衡条件的例子

考虑到第二个平衡条件的定义,我们现在将通过一些日常生活中的例子来完成对这个概念的理解。

第二个平衡条件的一个常见例子是天平。当系统稳定时,平衡臂停止旋转,因此力矩之和为零,系统处于旋转平衡。

第二个平衡条件

另一个具体的例子是地球。行星不断绕其轴旋转,但被认为以恒定角速度旋转,因此满足第二个平衡条件。

最后,当我们从天花板上悬挂一个物体并将其保持静止时,该物体同时满足第二个平衡条件和第一个平衡条件,因为它处于平动平衡和平动平衡。回转。

如果你还不清楚第一个平衡条件是什么,可以参考下面的文章,有详细的解释:

已解决第二个平衡条件的练习

练习1

计算以下梁的支撑必须使其处于旋转平衡的力矩:

解决了第二个平衡条件的执行

为了使梁处于旋转平衡并因此满足第二平衡条件,支撑件必须抵消由力产生的扭转力矩,因此力矩之和将为零。

因此,我们计算支撑水平处的力产生的力矩(或扭矩):

M_{force}=13\cdot 9 = 117 \ Nm

现在我们提出力矩平衡方程:

M_{support}+M_{force}=0

产生力的力矩通过屏幕内部,因此其符号为负:

M_{support}-117=0

最后,我们求解方程中的未知数:

M_{support}=117 \ Nm

获得的脉冲具有正号,因此其方向朝向屏幕外侧。

练习2

如下图所示,一根 10 m 的单杠支撑着一个质量为 8 kg 的物体。知道支架与悬浮体之间的距离,如果系统处于旋转和平移平衡,支架所施加的力的值是多少?

旋转平衡问题

首先,我们使用重力公式来计算单杠必须支撑的重量:

P=m\cdot g=8\cdot 9,81 =78,48 \ N

因此,系统的自由体图为:

旋转平衡练习已解决

问题陈述告诉我们系统处于力平衡状态,因此所有这些力的总和必须为零。利用这个平衡条件,我们可以制定以下方程:

F_A+F_B-P=0

另一方面,该陈述也告诉我们系统处于动量平衡状态。因此,如果我们考虑系统中任意点的力矩总和,结果必定为零,如果我们采用两个支撑之一的参考点,我们将得到一个只有一个未知数的方程:

M(A)=0

-P\cdot 6.5+F_B\cdot (6.5+3.5)=0

现在我们可以通过求解方程中的未知数来计算支撑 B 施加的力:

-78.48\cdot 6.5+F_B\cdot 10=0

F_B=\cfrac{78.48\cdot 6.5}{10}

F_B=51.01\N

最后,我们可以通过将获得的值代入垂直力的高方程来知道施加在另一个支撑上的力的强度:

F_A+F_B-P=0

F_A+51,01-78,48=0

F_A=27,47\N

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