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

Когда на частицу действуют различные силы, но ее движение не изменяется со временем, говорят, что она находится в равновесии. Равновесие можно классифицировать как статическое или динамическое.
Если частица находится в покое, то говорят, что она находится в статическом равновесии, а если она движется с постоянной скоростью, то говорят, что частица находится в динамическом равновесии.
Чтобы частица находилась в равновесии, она должна удовлетворять двум условиям одновременно. Во-первых, результирующая сила, векторная сумма всех сил, действующих на частицу, должна быть равна нулю. 
Во-вторых, суммарный крутящий момент, действующий на частицу вокруг оси, проходящей через частицу, должен быть равен нулю, что указывает на то, что суммарный момент также равен нулю.
Рассмотрим две равные массы, размещенные на двух концах деревянной доски, равноудаленной от ее центра. Центр доски установлен на цилиндрической шарнире. В таком состоянии устанавливается статическое равновесие, так как результирующая сила, а суммарный крутящий момент на системе равен нулю.

<ol>
	<li>Хиббелер, Р.К. (2016). Инженерная механика \u2012 Статика и динамика. Хобокен, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. С. 87.</li>
	<li>OpenStax. (2023). Университетская физика Том 1. [Веб-версия]. Получено с <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>

Условия равновесия для частицы

Когда объект находится в равновесии, он либо находится в покое, либо движется с постоянной скоростью. Существуют два типа равновесия: статическое и динамическое. Статическое равновесие происходит, когда объект находится в покое, в то время как динамическое равновесие происходит, когда объект движется с постоянной скоростью. В обоих случаях силы, действующие на объект, должны быть сбалансированы.

Для понимания концепции равновесия давайте сначала рассмотрим силы, действующие на объект. Когда различные силы действуют на объект, они могут складываться, вычитаться или компенсировать друг друга. Если векторная сумма всех сил, действующих на объект, равна нулю, то объект находится в покое или движется с постоянной скоростью.

Первое условие, которое объект должен удовлетворять для нахождения в равновесии, заключается в том, что чистая сила, действующая на него, должна быть равна нулю. Это означает, что векторная сумма всех сил, действующих на объект, должна быть равна нулю. Другими словами, силы, действующие на объект, должны быть сбалансированы. Например, рассмотрим припаркованную машину на ровной поверхности. Несмотря на гравитационную силу, действующую на транспортное средство, сила, действующая на него со стороны земли (нормальная сила), уравновешивает его, что приводит к нулевой чистой силе и равновесию.

Второе условие, которое объект должен удовлетворять для нахождения в равновесии, заключается в том, что чистый момент и, следовательно, чистый момент, действующий на объект, также должен быть равен нулю. Примером момента, вызывающего вращательное движение объекта, является деревянная доска на шарнире. Два массы одинакового веса на обоих концах создают момент, но так как они равноудалены от центра доски, моменты уравновешивают друг друга, что приводит к нулевому чистому моменту и статическому равновесию.

Когда объект находится в равновесии, он либо находится в покое, либо движется с постоянной скоростью. Существует два типа равновесия: статическое и динамическое. Статический...

Education

JoVE Core

Mechanical Engineering

Машиностроение

Unit 1

Раздел 1

Equilibrium of a Particle

Равновесие частицы

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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.

mechanical engineering

Balanced Forces and Torque in Equilibrium

Description

Transcript