Презентация по физике

Равновесие

Что такое равновесие

• Механическое равновесие, также известно как статическое равновесие, — состояние тела, находящегося в покое, или движущегося равномерно, в котором сумма сил и моментов, действующих на него, равна нулю.

Условия равновесия твердого тела.

• Из второго закона Ньютона следует, что если геометрическая сумма всех внешних сил, приложенных к телу, равна нулю, то тело находится в состоянии покоя или совершает равномерное прямолинейное движение. В этом случае принято говорить, что силы, приложенные к телу, уравновешивают друг друга. При вычислении равнодействующей все силы, действующие на тело, можно прикладывать к центру масс.

• Чтобы невращающееся тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к телу, была равна нулю .

• Если тело может вращаться относительно некоторой оси, то для его равновесия недостаточно равенства нулю равнодействующей всех сил .
• Вращающее действие силы зависит не только от ее величины, но и от расстояния между линией действия силы и осью вращения.
• Длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения до линии действия силы, называется плечом силы .

Момент силы. Правило моментов.

• Произведение модуля силы на плечо d называется моментом силы M . Положительными считаются моменты тех сил, которые стремятся повернуть тело против часовой стрелки. В Международной системе единиц (СИ) моменты сил измеряются в ньютон-метрах (Н∙м) .

• Правило моментов : тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю : M 1 +  M 2 + ... = 0.

Условия равновесия

Каждое тело обладает массой и имеет центр тяжести. Отвесная линия, проходящая через центр тяжести (линия тяжести), всегда падает на опору. Чем ниже центр тяжести и чем шире опора, тем устойчивее равновесие.

Устойчивость тела значительно увеличивается, если расставить ноги: увеличивается площадь опоры. При сближении ног площадь опоры уменьшается, а следовательно, уменьшается и устойчивость. Устойчивость человека, стоящего на одной ноге, еще меньше.

Неустойчивое состояние равновесия.

• При малом отклонении тела из состояния неустойчивого равновесия возникают силы или моменты сил, стремящиеся удалить тело от положения равновесия(на рис(2)). При устойчивом и неустойчивом равновесии центр масс находится на вертикальной прямой, проходящей через ось вращения. Если центр масс расположен выше оси – состояние равновесия неустойчиво

Неустойчивое равновесие

• Представьте себе шар, балансирующий на лезвии ножа. Направленная строго вниз сила земного притяжения в этом случае, очевидно, также полностью уравновешена направленной вверх силой реакции опоры. Но стоит отклонить центр шара в сторону от точки покоя, приходящейся на линию лезвия хоть на долю миллиметра (а для этого достаточно мизерного силового воздействия), как равновесие будет мгновенно нарушено и сила земного притяжения начнет увлекать шар всё дальше от него.

Безразличное равновесие

• Это промежуточный этап равновесия. Представьте себе шар, лежащий на кухонной доске. смещения шара (за исключением единственного – вертикального) не нарушают его равновесия, т.е. равновесные силы не будут пытаться устранить, возникший вдруг, посторонний избыточный потенциал. Другими словами, шар после перемещения не будет возвращаться в исходное положение .

Устойчивое состояние равновесия.

• Состояние равновесия называется устойчивым (на рис(1)), если при малых отклонениях тела от этого состояния возникают силы или моменты сил, стремящиеся возвратить тело в равновесное состояние. Также состояние равновесия является устойчивым, если центр масс (который находится на вертикальной прямой, проходящей через ось вращения) расположен ниже оси вращения.

Устойчивое Равновесие

• Представьте себе шар на дне сферической чаши. В состоянии покоя он находится строго в центре чаши, где действие силы гравитационного притяжения Земли уравновешено силой реакции опоры, направленной строго вверх. Если сместить шар в сторону от центра, откатив его вбок и вверх в направлении края чаши, то, стоит его отпустить, как он тут же устремится обратно к самой глубокой точке в центре чаши — в направлении положения устойчивого равновесия.

Равновесия тела на опоре

• Особым случаем равновесия является равновесие тела на опоре. В этом случае упругая сила опоры приложена не к одной точке, а распределена по основанию тела. Тело находится в равновесии, если вертикальная линия, проведенная через центр масс тела, проходит через площадь опоры , то есть внутри контура, образованного линиями, соединяющими точки опоры. Если же эта линия не пересекает площадь опоры, то тело опрокидывается.

Равновесие деформируемых тел.

• Если тело не абсолютно твёрдое, то под действием приложенных к нему внешних сил оно может не находиться в равновесии, хотя сумма внешних сил и сумма их моментов равна нулю. Это объясняется тем, что тело может деформироваться под действием внешних сил и в процессе деформации сумма всех сил, действующих на каждый его элемент, не будет равна нулю.

Научные исследования

Специалисты из центра биодинамики Бостонского университета ( Centre for BioDynamics at Boston University ) изобрели специальные вибрирующие стельки, которые должны помочь пожилым людям сохранять равновесие и не падать.

По предварительным подсчётам, из-за потери координации, так или иначе, теряет устойчивость треть британских пенсионеров. 10% из них получают различные переломы.

Испытания на 12 престарелых добровольцах показали, что стельки улучшают сенсорную и моторную функции — помогают старикам добиться такого же баланса при ходьбе, какой у них был в 20-летнем возрасте.

Исследования, которые провели врачи-ортопеды в апреле 2008 года, были озвучены на научной конференции. Исследования показали, что йога Айенгара, включающая в практику замки, связки и другие статические упражнения, может предотвратить травмы от падений среди людей от 65 лет и старше

Ведущий специалист Джинсап Сон, директор Исследовательского Центра Ортопедии, говорит, что пожилые женщины показали во время исследований улучшение реакции вестибулярного аппарата и подвижность суставов ног и стоп, дали высокую самооценку своей способности держаться во время ходьбы .

Равновесие. Сохранение равновесия во время боя

Равновесие - это самый важный аспект защитной стойки. Без хорошего равновесия, сохраняющегося каждую минуту боя, боец потеряет контроль над своим телом в период проведения ударов. Равновесие может быть достигнуто только тогда, когда все части тела находятся в правильном соотношении. Ноги должны находиться под телом и расставлены так, чтобы расстояние между ними было один нормальный шаг, а тело опиралось на две, а не на одну точку