اهداف یادگیری
مرکز گرانش
مرکز ثقل جسم به نقطه اعمال نیروی حاصله در نتیجه جاذبه زمین اشاره دارد. این نقطه ای است که به نظر می رسد تمام وزن بدن بر روی آن عمل می کند. نیرویی که حاصل می شود وزن بدن نامیده می شود. برای پیدا کردن وزن یک جسم، جرم را در گرانش ضرب کنید.
دانستن مرکز ثقل یک جسم مهم است، زیرا رفتار جسم در حال حرکت را زمانی که نیروی گرانش بر آن وارد می شود، پیش بینی می کند. مرکز ثقل نیز در طراحی سازه های ساکن مانند پل ها و ساختمان ها مهم است.
در یک میدان گرانشی که یکنواخت است، مرکز ثقل شبیه مرکز جرم است. با این حال، باید توجه داشته باشید که این دو نکته همیشه با هم منطبق نیستند. به عنوان مثال، مرکز جرم ماه بسیار نزدیک به مرکز هندسی ماه است. با این حال، مرکز ثقل ماه کمی از مرکز ماه به سمت زمین فاصله دارد که در نتیجه نیروی گرانشی قوی‌تر در سمت نزدیک ماه است.
اگر جسمی متقارن باشد و از مواد همگن ساخته شده باشد، مرکز ثقل با مرکز هندسی جسم منطبق است. با این حال، برای جسمی که نامتقارن است و از مواد مختلفی تشکیل شده است که جرم های متفاوتی دارند، مرکز جرم از مرکز هندسی جسم دور خواهد بود. در اجسام توخالی یا نامنظم، مرکز ثقل در نقطه ای خارج از جسم قرار دارد.
تفاوت مرکز ثقل و مرکز جرم
برای بسیاری از افراد معمول است که مرکز ثقل و مرکز جرم را یکسان فرض کنند. با این حال، حقیقت این است که آنها متفاوت هستند.
مرکز جرم به نقطه ای اطلاق می شود که توزیع جرم در همه جهات برابر است. مرکز جرم به میدان گرانش وابسته نیست. مرکز ثقل از طرف دیگر نقطه ای است که وزن یک جسم در همه جهات برابر است و به میدان ثقل بستگی دارد.
با این حال، اگر میدان گرانشی یکنواخت باشد، مرکز جرم و مرکز ثقل یک جسم می‌توانند در یک نقطه قرار بگیرند.
چه کسی مرکز ثقل را کشف کرد؟
مرکز ثقل توسط ارشمیدس سیراکوز کشف شد.
مرکز ثقل چه تاثیری بر تعادل دارد؟
مرکز ثقل ثبات اجسام را تعیین می کند. اجسامی که مرکز ثقل پایین تری دارند نسبت به اجسامی که مرکز ثقل بالاتری دارند، پایدارتر هستند. اجسامی که دارای مرکز ثقل بسیار بالایی هستند، هنگام هل دادن سرنگون می شوند. ماشین‌های مسابقه‌ای دارای مراکز ثقل پایینی هستند تا آنها را قادر می‌سازد تا بدون واژگونی در پیچ‌ها صحبت کنند.
در مورد مرکز ثقل بدن ما چطور؟
در موقعیت آناتومیکی بدن ما، مرکز ثقل در جلوی مهره دوم خاجی قرار دارد. با این حال، توجه داشته باشید که از آنجایی که انسان در یک موقعیت ثابت آناتومیکی باقی نمی‌ماند، مکان دقیق مرکز ثقل با موقعیت اندام‌ها و بدن تغییر می‌کند.
مرکز ثقل اشکال منظم
یک جسم یکنواخت (جسمی که وزن آن به طور یکنواخت توزیع شده است) مرکز ثقل آن در مرکز هندسی بدن قرار دارد. به عنوان مثال، یک قانون متر که یکنواخت است، مرکز ثقل آن در علامت 50 سانتی متر است.
مرکز ثقل اشکال منظم نیز ممکن است با ساخت و ساز تعیین شود. مثلا؛
مثال
هنگامی که یک بار 1.2 نیوتن در نقطه صفر آویزان می شود، یک قانون متر یکنواخت در علامت 20 سانتی متر متعادل می شود. وزن و جرم قانون متر را محاسبه کنید.
راه حل
با رسم نموداری شروع کنید که تمام نیروهایی را که بر آن وارد می شوند نشان می دهد.
در حالت تعادل (تعادل)، مجموع گشتاور در جهت عقربه های ساعت = مجموع گشتاور خلاف جهت عقربه های ساعت
هنگام محاسبه لنگرها در جهت عقربه های ساعت، باید توجه داشته باشید که قانون متر وزن خود را در علامت 50 سانتی متری عمل می کند. ممان های ساعتگرد برابر است با وزن قانون متر ضرب در فاصله بین مرکز قانون متر و نقطه محور. بنابراین، ممان های عقربه های ساعت برابر با وزن * 0.3 متر است. ممان های خلاف جهت عقربه های ساعت برابر است با وزن بار ضرب در فاصله بین بار و محور. بنابراین، گشتاورهای خلاف جهت عقربه های ساعت برابر است با 1.2 نیوتن * 0.2 متر.
W * 0.3m = 1.2N * 0.2m
0.3W = 0.24
W = 0.24/0.3 = 0.8N
بنابراین، وزن قانون متر 0.8 نیوتن است.
واکنش روی محور را تعیین کنید:
کل نیروی رو به بالا = کل نیروی رو به پایین
R = 1.2 + W
R= 1.2 + 0.8
R= 2 نیوتن
حالت های تعادل
حالت تعادل . این به وضعیت تعادل بدن اشاره دارد. این حالت ها سه نوع مختلف هستند.
شرایط تعادل
عوامل موثر بر ثبات بدن
دو عامل بر ثبات بدن تاثیر می گذارد. آن ها هستند؛
کاربرد پایداری
