CÂN BẰNG TỊNH TIẾN: XÁC ĐỊNH, ỨNG DỤNG, VÍ DỤ - VẬT LÝ - 2026

Các trạng thái cân bằng tịnh tiến là một trạng thái trong đó một đối tượng như một toàn thể là khi tất cả các lực tác dụng bản được bù đắp, cho kết quả là một lực lượng net zero. Về mặt toán học, nó tương đương với việc nói rằng F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, trong đó F ₁ , F ₂ , F ₃ … là các lực tham gia.

Thực tế là một cơ thể ở trạng thái cân bằng tịnh tiến không có nghĩa là nó nhất thiết phải ở trạng thái nghỉ. Đây là một trường hợp cụ thể của định nghĩa được đưa ra ở trên. Vật thể có thể đang chuyển động, nhưng khi không có gia tốc, đây sẽ là chuyển động thẳng đều.

Hình 1. Cân bằng tịnh tiến rất quan trọng đối với một số lượng lớn các môn thể thao. Nguồn: Pixabay.

Vì vậy, nếu cơ thể được nghỉ ngơi, nó tiếp tục như thế này. Và nếu nó đã có chuyển động, nó sẽ có tốc độ không đổi. Nói chung, chuyển động của bất kỳ vật thể nào là một thành phần của phép tịnh tiến và phép quay. Các phép tịnh tiến có thể được thể hiện trong hình 2: tuyến tính hoặc đường cong.

Nhưng nếu một trong những điểm của vật thể được cố định, thì cơ hội duy nhất để nó di chuyển là xoay. Ví dụ về điều này là một đĩa CD, có tâm là cố định. Đĩa CD có khả năng quay quanh một trục đi qua điểm đó, nhưng không tịnh tiến.

Khi các đối tượng có các điểm cố định hoặc được hỗ trợ trên các bề mặt, chúng ta nói đến các liên kết. Các liên kết tương tác bằng cách giới hạn các chuyển động mà đối tượng có thể thực hiện.

Xác định cân bằng tịnh tiến

Đối với một hạt ở trạng thái cân bằng, việc đảm bảo rằng:

F _R = 0

Hoặc trong ký hiệu tóm tắt:

Rõ ràng là để một vật ở trạng thái cân bằng tịnh tiến, các lực tác dụng lên nó phải được bù theo một cách nào đó, sao cho kết quả của chúng bằng không.

Bằng cách này, vật thể sẽ không trải qua gia tốc và tất cả các hạt của nó đều ở trạng thái nghỉ hoặc trải qua quá trình tịnh tiến thẳng với tốc độ không đổi.

Bây giờ nếu các đối tượng có thể xoay, chúng thường sẽ. Đó là lý do tại sao hầu hết các chuyển động bao gồm sự kết hợp giữa tịnh tiến và quay.

Xoay một đối tượng

Khi cân bằng quay là quan trọng, có thể cần đảm bảo rằng vật không quay. Vì vậy, bạn phải nghiên cứu xem có những mô men hoặc khoảnh khắc tác động lên nó hay không.

Mô men xoắn là độ lớn vectơ mà chuyển động quay phụ thuộc vào đó. Nó yêu cầu một lực tác dụng, nhưng điểm tác dụng lực cũng rất quan trọng. Để làm rõ ý tưởng này, hãy xem xét một vật thể kéo dài có lực F tác dụng và hãy xem liệu nó có khả năng tạo ra chuyển động quay quanh trục O.

Người ta đã có trực giác rằng bằng cách đẩy vật tại điểm P với lực F, có thể làm cho nó quay quanh điểm O, với chiều quay ngược chiều kim đồng hồ. Nhưng hướng mà lực được tác dụng cũng rất quan trọng. Ví dụ, lực tác dụng lên hình ở giữa sẽ không làm cho vật thể quay, mặc dù nó chắc chắn có thể di chuyển nó.

Hình 2. Các cách khác nhau để tác dụng một lực lên một vật lớn, chỉ trong hình bên trái mới thu được hiệu ứng quay. Nguồn: tự làm.

Tác dụng lực trực tiếp vào điểm O cũng sẽ không làm vật quay được. Như vậy rõ ràng là để đạt được tác dụng quay, lực phải được tác dụng cách trục quay một khoảng nhất định và đường tác dụng của nó không được đi qua trục đó.

Định nghĩa mômen xoắn

Mômen hoặc mômen của một lực, được ký hiệu là τ, độ lớn vectơ phụ trách đặt tất cả các dữ kiện này lại với nhau, được định nghĩa là:

Vectơ r hướng từ trục quay đến điểm tác dụng của lực và sự tham gia của góc giữa r và F là quan trọng. Do đó, độ lớn của mômen được biểu thị là:

Mômen hiệu dụng nhất xuất hiện khi r và F vuông góc với nhau.

Bây giờ, nếu muốn không có chuyển động quay nào hoặc những chuyển động này diễn ra với gia tốc góc không đổi, thì tổng các mômen tác dụng lên vật thể bằng 0, tương tự với những gì đã được coi là lực:

Điều kiện cân bằng

Cân bằng có nghĩa là ổn định, hài hòa và cân bằng. Để chuyển động của một đối tượng có những đặc điểm này, các điều kiện được mô tả trong các phần trước phải được áp dụng:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Điều kiện đầu tiên đảm bảo cân bằng tịnh tiến và điều kiện thứ hai, cân bằng quay. Cả hai đều phải được thực hiện nếu đối tượng vẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh (không có bất kỳ chuyển động nào).

Các ứng dụng

Điều kiện cân bằng có thể áp dụng cho nhiều cấu trúc, vì khi các tòa nhà hoặc các vật thể đa dạng được xây dựng, nó được thực hiện với ý định rằng các bộ phận của chúng vẫn ở cùng vị trí tương đối với nhau. Nói cách khác, vật thể không tách rời.

Điều này rất quan trọng, chẳng hạn như khi xây dựng những cây cầu chắc chắn dưới chân, hoặc khi thiết kế các cấu trúc có thể sinh sống được mà không thay đổi vị trí hoặc có xu hướng lật úp.

Mặc dù người ta tin rằng chuyển động thẳng đều là một chuyển động đơn giản hóa cực độ, hiếm khi xảy ra trong tự nhiên, nhưng cần phải nhớ rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là không đổi và tốc độ của âm thanh trong không khí cũng vậy, nếu coi môi trường đồng nhất.

Trong nhiều cấu trúc di động do con người tạo ra, điều quan trọng là phải duy trì tốc độ không đổi: ví dụ: trên thang cuốn và dây chuyền lắp ráp.

Ví dụ

Đây là bài tập kinh điển về lực căng giữ cân bằng đèn. Đèn được biết là nặng 15 kg. Tìm độ lớn của ứng suất cần thiết để giữ nó ở vị trí này.

Hình 3. Trạng thái cân bằng của đèn được đảm bảo bằng cách áp dụng điều kiện cân bằng tịnh tiến. Nguồn: tự làm.

Giải pháp

Để giải quyết nó, chúng tôi tập trung vào nút thắt nơi ba dây gặp nhau. Các sơ đồ thân tự do tương ứng cho nút và cho đèn được thể hiện trong hình trên.

Khối lượng của đèn là W = 5 Kg. 9,8 m / s ² = 49 N. Để đèn ở trạng thái cân bằng thì điều kiện cân bằng đầu tiên phải thỏa mãn là:

Các điện áp T ₁ và T ₂ phải được phân tách:

Nó là một hệ hai phương trình với hai ẩn số, có đáp số là: T ₁ = 24,5 N và T ₂ = 42,4 N.

Người giới thiệu

1. Rex, A. 2011. Cơ bản của Vật lý. Lề. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Cơ bản về Vật lý. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Vật lý: Khái niệm và Ứng dụng. Phiên bản thứ 7. Đồi MacGraw. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Vật lý. Addison Wesley. 332 -346.