Name: balanced forces and torque in equilibrium
Uploaded: 2023-09-22T11:49:20.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

Wenn verschiedene Kräfte auf ein Teilchen wirken, sich seine Bewegung aber nicht mit der Zeit ändert, spricht man von einem Gleichgewicht. Das Gleichgewicht kann als statisch oder dynamisch kategorisiert werden.
Wenn sich ein Teilchen in Ruhe befindet, spricht man, dass es sich im statischen Gleichgewicht befindet, und wenn es sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, spricht man davon, dass sich das Teilchen im dynamischen Gleichgewicht befindet.
Damit sich ein Teilchen im Gleichgewicht befindet, sollte es zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen. Zuerst muss die Nettokraft, die Vektorsumme aller auf das Teilchen wirkenden Kräfte, gleich Null sein. 
Zweitens muss das Nettodrehmoment, das auf das Teilchen um eine Achse wirkt, die durch das Teilchen verläuft, Null sein, was bedeutet, dass das Nettomoment ebenfalls gleich Null ist.
Stellen Sie sich zwei gleiche Massen vor, die an den beiden Enden eines Holzbretts in gleichem Abstand von seiner Mitte angeordnet sind. Die Mitte der Diele ist auf einem zylindrischen Drehpunkt angeordnet. In einem solchen Zustand wird ein statisches Gleichgewicht hergestellt, da die Nettokraft und das Nettodrehmoment am System Null sind.

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	<li>Hibbeler, R.C. (2016). Technische Mechanik \u2012 Statik und Dynamik. Hoboken, New Jersey: Pearson Prentice Hall. Seite 87.</li>
	<li>OpenStax. (2023). Universitätsphysik Vol. 1. [Webversion]. Abgerufen von <a href="https://openstax.org/books/university-physics-volume-1/pages/12-1-conditions-for-static-equilibrium">https://openstax.org/books/university-physics-volume-1/pages/12-1-conditions-for-static-equilibrium</a>.</li>
</ol>

gleichgewichtsbedingungen für ein teilchen

Wenn ein Objekt im Gleichgewicht ist, befindet es sich entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Es gibt zwei Arten von Gleichgewicht: statisches und dynamisches Gleichgewicht. Statisches Gleichgewicht tritt auf, wenn ein Objekt in Ruhe ist, während sich ein Objekt im dynamischen Gleichgewicht mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. In beiden Fällen müssen Kräfte im Gleichgewicht auf das Objekt wirken. Um das Konzept des Gleichgewichts zu verstehen, betrachten wir zunächst die auf ein Objekt wirkenden Kräfte. Wenn verschiedene Kräfte auf ein Objekt wirken, können sie sich addieren, subtrahieren oder sich gegenseitig aufheben. Wenn die Vektorsumme aller auf ein Objekt wirkenden Kräfte gleich Null ist, befindet sich das Objekt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Die erste Bedingung, die ein Objekt erfüllen muss, um im Gleichgewicht zu sein, ist, dass die resultierende Kraft auf das Objekt gleich Null sein muss. Dies bedeutet, dass die Vektorsumme aller auf das Objekt wirkenden Kräfte gleich Null sein muss. Mit anderen Worten müssen die auf das Objekt wirkenden Kräfte ausgeglichen sein. Zum Beispiel: Betrachten wir ein Auto, das auf einer ebenen Fläche geparkt ist. Obwohl die Gravitationskraft auf das Fahrzeug wirkt, wird diese Kraft durch die Kraft vom Boden (die Normalkraft) ausgeglichen, was zu einer resultierenden Kraft von Null und somit zu einem Gleichgewicht führt. Die zweite Bedingung, die das Objekt erfüllen muss, um im Gleichgewicht zu sein, ist, dass das resultierende Drehmoment und somit auch der resultierende Moment auf das Objekt gleich Null sein müssen. Ein Beispiel für ein Drehmoment, das die Rotationsbewegung eines Objekts verursacht, ist eine Holzplanke auf einem Drehpunkt. Zwei Massen gleichen Gewichts an beiden Enden erzeugen ein Drehmoment, aber da sie vom Mittelpunkt der Planke gleich weit entfernt sind, heben sich die Drehmomente gegenseitig auf und führen zu einem resultierenden Drehmoment von Null und somit zu einem statischen Gleichgewicht.

Gleichgewichtsbedingungen für ein Teilchen

Wenn sich ein Objekt im Gleichgewicht befindet, befindet es sich entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Es gibt zwei Arten von Gleichgewichten: statisch und dynamisch. Statisch...

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Unit 1

Einheit 1

Equilibrium of a Particle

Gleichgewicht eines Teilchens

KEY TERMS AND CONCEPTS

KERNBEGRIFFE UND KONZEPTE

Equilibrium Conditions for a Particle

balanced forces and torque in equilibrium

Equilibrium depends on balanced forces and balanced torque. An object in equilibrium is either at rest or moving with a constant velocity. These two cases are called static equilibrium and dynamic equilibrium.

Static equilibrium means the object is not moving. Dynamic equilibrium means the object is moving, but its velocity stays constant. In both cases, the forces acting on the object must balance each other.

Different forces can add, subtract, or cancel each other out. When the vector sum of all the forces is zero, the object is in equilibrium. That is why the net force must be zero. A parked car on a level surface is a simple example. Gravity pulls it downward, and the normal force from the ground pushes upward to balance it.

The second condition for equilibrium is zero net torque. Torque is the turning effect of a force, and it can cause rotation. Net torque, or the total moment, must also be zero. A wooden plank on a pivot shows this idea. If two equal masses sit at equal distances from the center, their torques cancel, and the plank stays in static equilibrium.

Balanced Forces and Torque in Equilibrium

balanced-forces-and-torque-in-equilibrium

equilibrium conditions for a particle

Equilibrium depends on balanced forces and balanced torque. An object in equilibrium is either at rest or moving with a constant velocity. These two cases are called static equilibrium and dynamic equilibrium. Static equilibrium means the object is not moving. Dynamic equilibrium means the object is moving, but its velocity stays constant. In both cases, the forces acting on the object must balance each other. Different forces can add, subtract, or cancel each other out. When the vector sum...

free-body diagram

Free-Body Diagrams for Force Analysis

Free-body diagrams help analyze the forces acting on an object in mechanics. They give a simple picture of a stationary or moving object and show why it moves the way it does. By turning a complex situation into a clear sketch, they make it easier to write the equation needed to solve the problem. To draw a free-body diagram, first choose the object or system you want to study. Then isolate it from its surroundings and draw it as a dot or a simple outline. Add arrows for every important...

steps for free-body diagram

Free-Body Diagram for Two-Block Motion

A free-body diagram helps analyze two-block motion in mechanics. It shows the forces acting on a system so the net force can be found and the acceleration can be calculated. The example in this lesson uses two blocks linked by a massless string over a frictionless pulley. Block 1 moves across a table while block 2 falls under gravity. The two blocks are treated as one isolated system. External forces are then identified and drawn as vector arrows on the diagram. For block 1, the forces...

free-body diagrams: problem solving

Free-Body Diagrams on Inclined Planes

Free-body diagrams help show the forces acting on an object on an inclined plane. A free-body diagram is a simple drawing that focuses only on the object or system being studied. It leaves out extra details so the force problem is easier to analyze and solve. For an example, a 10 kg block is released on a ramp that is 30° to the horizontal. The coefficient of friction is 0.2. The diagram for this block includes the weight from gravity, the normal force, and the frictional force. These are the...

coplanar forces

Resolving Coplanar Force Components

Coplanar forces act on an object in the same plane. To analyze this kind of system, each force is resolved into x and y components using Cartesian vector form and vector algebra. This makes it possible to test whether the object is in equilibrium. A coplanar system is in equilibrium when the resultant force is zero. That means the sum of the forces in each direction must also be zero. If the forces do not balance, the object is not in equilibrium and will accelerate in the direction of the net...

categories of equilibrium

Types of Equilibrium in Forces

Equilibrium in physics describes how forces act on a body so it stays still or moves at a constant speed. In two-dimensional force systems, equilibrium can be grouped into several categories based on how the forces are arranged. Collinear equilibrium is the simplest case. The forces act along one straight line, so only one force equation is needed in the direction of those forces. The other equations are already satisfied. Coplanar concurrent equilibrium is another category. In this case, all...

key terms and concepts

Learn how balanced forces and zero net torque keep an object in static or dynamic equilibrium, with examples like a parked car and a plank on a pivot.

Balanced Forces and Torque in Equilibrium | JoVE K12

JoVE Core Mechanical Engineering offers concise, easy-to-understand animated videos covering key topics such as equilibrium, forces, truss analysis, and structural mechanics. Explore their real-world applications, and witness these concepts in action through scientist-led experiments.

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Balanced Forces and Torque in Equilibrium

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