APAKAH KESEIMBANGAN DINAMIK? (DENGAN CONTOH) - FIZIKAL - 2026

The keseimbangan dinamik adalah keadaan di mana objek yang bergerak diwakili ideal sebagai zarah apabila gerakannya adalah pembohongan seragam lurus linear. Fenomena ini berlaku apabila jumlah daya luaran yang bertindak di atasnya dibatalkan.

Selalunya diyakini bahawa jika tidak ada kekuatan bersih atau hasil pada objek, rehat adalah satu-satunya akibat yang mungkin. Atau juga agar badan dalam keadaan seimbang tidak boleh ada daya bertindak.

Gambar 1. Kucing ini bergerak dalam keseimbangan dinamik jika ia bergerak dengan kelajuan tetap. Sumber: Pixabay.

Pada hakikatnya, keseimbangan adalah tidak adanya pecutan, dan oleh itu kelajuan tetap adalah mungkin. Kucing dalam gambar mungkin bergerak tanpa pecutan.

Objek dengan gerakan bulat yang seragam tidak berada dalam keseimbangan dinamik. Walaupun kelajuannya tetap, ada percepatan yang diarahkan ke pusat lilitan yang membuatnya tetap di jalan. Pecutan ini bertanggungjawab untuk mengubah vektor halaju dengan tepat.

Halaju nol adalah keadaan tertentu keseimbangan zarah, sama dengan menegaskan bahawa objek berada dalam keadaan rehat.

Mengenai objek sebagai zarah, ini adalah idealisasi yang sangat berguna ketika menggambarkan pergerakan globalnya. Pada hakikatnya, objek bergerak yang mengelilingi kita terdiri daripada sebilangan besar zarah yang kajiannya akan membebankan.

Prinsip superposisi

Prinsip ini membolehkan penggantian tindakan pelbagai daya pada objek dengan setara yang disebut kekuatan hasil FR atau daya bersih FN, yang dalam hal ini adalah nol:

F1 + F2 + F3 +…. = FR = 0

Di mana daya F1, F2, F3 …., Fi adalah daya yang berbeza yang bertindak pada badan. Notasi penjumlahan adalah cara ringkas untuk menyatakannya:

Selagi daya yang tidak seimbang tidak campur tangan, objek dapat terus bergerak tanpa batas dengan kecepatan tetap, kerana hanya kekuatan yang dapat mengubah panorama ini.

Dari segi komponen daya yang dihasilkan, keadaan keseimbangan dinamik zarah dinyatakan seperti berikut: Fx = 0; Fy = 0; Fz = 0.

Keadaan putaran dan keseimbangan

Untuk model zarah, syarat FR = 0 adalah jaminan keseimbangan yang mencukupi. Namun, ketika mempertimbangkan dimensi telefon bimbit yang sedang dikaji, ada kemungkinan objek tersebut dapat berputar.

Pergerakan putaran menyiratkan adanya pecutan, oleh itu badan berputar tidak berada dalam keseimbangan dinamik. Putaran badan memerlukan bukan sahaja penyertaan kekuatan, tetapi perlu menerapkannya di tempat yang sesuai.

Untuk memeriksa ini, batang nipis panjang boleh diletakkan di permukaan bebas geseran, seperti permukaan beku atau cermin atau kaca yang sangat digilap. Normal mengimbangkan berat secara menegak, dan dengan menerapkan dua daya F1 dan F2 dengan magnitud yang sama secara mendatar, mengikut rajah dalam gambar berikut, apa yang berlaku disahkan:

Gambar 2. Batang pada permukaan bebas geseran mungkin atau tidak berada dalam keseimbangan, bergantung pada bagaimana daya 1 dan 2. digunakan. Sumber: penjelasan sendiri.

Sekiranya F1 dan F2 diterapkan seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri, dengan garis tindakan yang sama, batang akan tetap dalam keadaan rehat. Tetapi jika F1 dan F2 diterapkan seperti yang ditunjukkan di sebelah kanan, dengan garis tindakan yang berlainan, walaupun selari, putaran mengikut arah jam berlaku, di sekitar paksi yang melewati pusat.

Dalam kes ini, F1 dan F2 membentuk beberapa kekuatan atau sekadar pasangan.

Tork atau momen daya

Kesan tork adalah untuk menghasilkan putaran pada objek yang dilanjutkan seperti rod dalam contoh. Besarnya vektor yang dicas disebut tork atau momen daya. Ia dilambangkan sebagai τ dan dikira dengan:

τ = rx F

Dalam ungkapan ini F adalah daya yang dikenakan dan r adalah vektor yang bergerak dari paksi putaran ke titik penerapan daya (lihat gambar 2). Arah τ selalu tegak lurus dengan satah di mana F dan r terletak dan unitnya dalam sistem antarabangsa adalah Nm

Sebagai contoh, arah momen yang dihasilkan oleh F1 dan F2 adalah ke arah kertas, mengikut peraturan produk vektor.

Walaupun kekuatan saling membatalkan, tork mereka tidak. Dan hasilnya adalah putaran yang dipaparkan.

Keadaan keseimbangan untuk objek yang dilanjutkan

Terdapat dua syarat yang mesti dipenuhi untuk menjamin keseimbangan objek lanjutan:

Terdapat kotak atau bagasi yang beratnya 16 kg-f, yang meluncur ke bawah satah condong dengan kelajuan tetap. Sudut kecondongan baji adalah θ = 36º. Jawapan:

a) Berapakah besar daya geseran dinamik yang diperlukan agar batang meluncur dengan kelajuan berterusan?

b) Berapakah pekali geseran kinetik?

c) Sekiranya ketinggian h satah condong adalah 3 meter, cari kelajuan turunnya batang dengan mengetahui bahawa diperlukan 4 saat untuk sampai ke tanah.

Penyelesaian

Batangnya boleh dirawat seolah-olah zarah. Oleh itu, daya akan dikenakan pada titik yang terletak kira-kira di tengahnya, di mana semua jisimnya dapat dianggap terkonsentrasi. Pada ketika inilah ia akan dijejaki.

Rajah 3. Gambarajah badan bebas untuk gelongsor batang ke bawah dan pemecahan berat (kanan). Sumber: buatan sendiri.

Berat W adalah satu-satunya daya yang tidak jatuh pada salah satu paksi koordinat dan mesti diuraikan menjadi dua komponen: Wx dan Wy. Penguraian ini ditunjukkan dalam skema (gambar 3).

Lebih mudah untuk memindahkan berat badan ke unit sistem antarabangsa, yang mana ia cukup untuk mengalikan dengan 9.8:

Wy = W. cosθ = 16 x 9.8 x cos 36º N = 126.9 N

Wx = W. sinθ = 16 x 9.8 x sin 36º = 92.2 N

Ayat a

Sepanjang paksi mendatar adalah komponen mendatar dari berat Wx dan daya geseran dinamik atau kinetik fk, yang menentang pergerakan.

Dengan memilih arah positif ke arah pergerakan, mudah dilihat bahawa Wx bertanggungjawab untuk blok yang akan menuruni bukit. Dan kerana geseran ditentang, bukannya meluncur dengan pantas, blok mempunyai kemungkinan tergelincir dengan kelajuan menurun yang berterusan.

Keadaan keseimbangan pertama sudah mencukupi, kerana kita memperlakukan batangnya sebagai zarah, yang dijamin dalam pernyataan bahawa ia berada dalam keseimbangan dinamik:

Wx - fk = 0 (tidak ada pecutan dalam arah mendatar)

fk = 92.2 N

Bahagian b

Besarnya geseran dinamik adalah tetap dan diberikan oleh fk = μk N. Ini bermaksud bahawa daya geseran dinamik berkadar dengan normal dan magnitud ini diperlukan untuk mengetahui pekali geseran.

Dengan memerhatikan gambarajah badan bebas dapat dilihat bahawa pada paksi menegak kita mempunyai daya normal N, yang diberikan baji pada batang dan diarahkan ke atas. Dia seimbang dengan komponen menegak berat badan Wy. Memilih sebagai akal positif dan memanfaatkan undang-undang kedua Newton dan keadaan keseimbangan menghasilkan:

N - Wy = 0 (tidak ada pergerakan di sepanjang paksi menegak)

Oleh itu:

N = Wy = 126.9 N

fk = μk N

μk = fk / N = 92.2 /126.9= 0.73

Bahagian c

Jumlah jarak yang dilalui batang dari bahagian atas baji ke tanah dijumpai oleh trigonometri:

d = h / sin 36º = 3 / sin 36º m = 5.1 m.

Untuk mengira halaju, definisi untuk gerakan segi empat tepat seragam digunakan:

v = d / t = 5.1 m / 4 s = 1.3 m / s

Rujukan

1. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7hb. Pembelajaran Ed. Cengage. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Asas Fizik. Pembelajaran Cengage Ed ke-9. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit MacGraw. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fizik. Addison Wesley. 148-164.