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

粒子に異なる力が作用するが、その運動が時間とともに変化しない場合、粒子は平衡状態にあると言われます。平衡は、静的または動的に分類できます。
粒子が静止している場合、それは静的平衡状態にあると言われ、一定の速度で移動している場合、粒子は動的平衡状態にあると言われます。
粒子が平衡状態にあるためには、2つの条件を同時に満たす必要があります。まず、正味の力、つまり粒子に作用するすべての力のベクトル合計はゼロに等しくなければなりません。 
次に、粒子を通過する軸の周りで粒子に作用する正味のトルクはゼロでなければならず、正味モーメントもゼロに等しいことを示します。
木の板の両端に、その中心から等距離に置かれた2つの等しい質量を考えてみましょう。板の中心は円筒形のピボット上に設定されています。このような状態では、正味の力、およびシステム上の正味トルクがゼロであるため、静的平衡が確立されます。

<ol>
	<li>ヒベラー、RC(2016)。エンジニアリングメカニクス \u2012 静力学と力学。 ニュージャージー州ホーボーケン:ピアソンプレンティスホール。87ページ。</li>
	<li>OpenStaxです。(2023). 大学物理学 Vol.1.【Web版】。<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 から取得</a>します。</li>
</ol>

粒子の平衡条件

物体が平衡状態にある場合、その物体は静止しているか一定の速度で動いています。平衡には静的な平衡と動的な平衡の2つのタイプがあります。静的平衡は物体が静止している状態で、動的平衡は物体が一定の速度で動いている状態です。どちらの場合も、物体に作用する力のバランスが必要です。

平衡の概念を理解するために、まず物体に作用する力について考えましょう。異なる力が物体に作用する場合、それらは加算、減算、または相殺されることがあります。物体に作用するすべての力のベクトル和がゼロであれば、物体は静止しているか一定の速度で動いています。

物体が平衡にあるためには、まずネット力がゼロである必要があります。これは、物体に作用するすべての力のベクトル和がゼロであることを意味します。言い換えれば、物体に作用する力はバランスが取れていなければなりません。例えば、水平な地面に駐車された車を考えてみましょう。重力が車に作用しているにもかかわらず、地面からの作用力（法線力）がこれを相殺し、ネット力がゼロになり平衡状態になります。

物体が平衡になるために満たすべき2つ目の条件は、ネットトルク、およびそれによって生じるネットモーメントもゼロであることです。物体の回転運動を引き起こすトルクの例としては、ピボット上の木製板があります。板の中心から等距離にある両端の同じ重さの質量はトルクを生み出しますが、互いをバランスさせるためゼロのネットトルクが生じ、静的平衡になります。

物体が平衡状態にあるとき、物体は静止しているか、一定の速度で動いています。平衡には、静的と動的の2つのタイプがあります。静的。。。

Education

JoVE Core

Mechanical Engineering

機械工学

Unit 1

ユニット1

Equilibrium of a Particle

粒子の平衡

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

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 機械工学は、平衡、力、トラス解析、構造力学などの重要なトピックをカバーする簡潔でわかりやすいアニメーション ビデオを提供します。実際のアプリケーションを探索し、科学者主導の実験を通じてこれらのコンセプトが実際に動作しているのを目撃してください。

mechanical engineering

Balanced Forces and Torque in Equilibrium

Description

Transcript