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équilibre et centre de gravité

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre la signification du centre de gravité
• Comprendre les éléments d'équilibre et le centre de gravité

Centre de gravité

Le centre de gravité d'un corps fait référence au point d'application de la force résultante résultant de l'attraction de la terre. C'est ce point sur lequel semble agir tout le poids d'un corps. La force qui en résulte s'appelle le poids du corps. Pour trouver le poids d'un objet, multipliez la masse par la gravité.

Connaître le centre de gravité d'un objet est important car il prédit le comportement d'un corps en mouvement lorsque la force de gravité agit sur lui. Le centre de gravité est également important dans la conception de structures statiques comme les ponts et les bâtiments.

Dans un champ gravitationnel uniforme, le centre de gravité est similaire au centre de masse . Cependant, vous devez noter que ces deux points ne coïncident pas toujours. Par exemple, le centre de masse de la lune est très proche du centre géométrique de la lune. Cependant, le centre de gravité de la lune est légèrement éloigné du centre de la lune vers la terre, en raison d'une force gravitationnelle plus forte sur le côté proche de la lune.

Si un objet est de forme symétrique et est constitué d'un matériau homogène, le centre de gravité coïncide avec le centre géométrique de l'objet. Cependant, pour un objet asymétrique et composé de différents matériaux ayant des masses différentes, le centre de masse sera éloigné du centre géométrique de l'objet. Dans les corps de forme irrégulière ou creux, le centre de gravité est situé en un point extérieur à l'objet.

Différence entre le centre de gravité et le centre de masse

Il est courant pour beaucoup de gens de supposer que le centre de gravité et le centre de masse sont identiques. Cependant, la vérité est qu'ils sont différents.

Le centre de masse fait référence à un point où la répartition de la masse est égale dans toutes les directions. Le centre de masse ne dépend pas du champ de gravité. Le centre de gravité, quant à lui, est le point où le poids d'un objet est égal dans toutes les directions et dépend du champ de gravité.

Cependant, le centre de masse et le centre de gravité d'un objet peuvent se trouver au même point si le champ gravitationnel est uniforme.

Qui a fait la découverte du centre de gravité ?

Le centre de gravité a été découvert par Archimède de Syracuse.

Quel effet le centre de gravité a-t-il sur l'équilibre ?

Le centre de gravité détermine la stabilité des objets. Les objets qui ont un centre de gravité plus bas sont plus stables que les objets qui ont un centre de gravité plus élevé. Les objets qui ont un centre de gravité très élevé basculent lorsqu'ils sont poussés. Les voitures de course ont des centres de gravité bas pour leur permettre de négocier les virages sans se retourner.

Qu'en est-il du centre de gravité de notre corps ?

Dans une position anatomique de notre corps, le centre de gravité est situé en avant de la ^2ème vertèbre sacrée. Cependant, notez que, puisque les humains ne restent pas dans une position anatomique fixe, l'emplacement exact du centre de gravité change avec la position des membres et du corps.

Centre de gravité des formes régulières

Un corps uniforme (un corps dont le poids est réparti uniformément) a son centre de gravité situé au centre géométrique du corps. Par exemple, une règle de mètre uniforme a son centre de gravité à la marque des 50 cm.

Le centre de gravité des formes régulières peut également être déterminé par la construction. Par exemple;

• Pour les objets rectangulaires et carrés, des lignes diagonales sont construites. Le centre de gravité est le point d'intersection de ces deux diagonales.
• Pour les corps triangulaires, on construit les bissectrices perpendiculaires des côtés. Le centre de gravité est le point d'intersection des trois droites.
• Pour les corps circulaires, les diamètres sont construits. Le centre de gravité est le point où ces lignes se croisent.

Exemple

Une règle de mètre uniforme est équilibrée à une marque de 20 cm lorsqu'une charge de 1,2 N est suspendue à la marque zéro. Calculer le poids et la masse de la règle du mètre.

La solution

Commencez par dessiner un schéma qui montre toutes les forces qui agissent dessus.

A l'équilibre (équilibre), la somme du moment dans le sens des aiguilles d'une montre = somme du moment dans le sens inverse des aiguilles d'une montre

Lors du calcul des moments dans le sens des aiguilles d'une montre, vous devez noter que la règle du mètre a son poids agissant à la marque des 50 cm. Les moments dans le sens des aiguilles d'une montre sont égaux au poids de la règle du mètre multiplié par la distance entre le centre de la règle du mètre et le point du pivot. Par conséquent, les moments dans le sens des aiguilles d'une montre sont égaux au poids * 0,3 mètre. Les moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sont égaux au poids de la charge multiplié par la distance entre la charge et le pivot. Par conséquent, les moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sont égaux à 1,2 Newtons * 0,2 mètre.

L * 0,3 m = 1,2 N * 0,2 m

0.3W = 0.24

W = 0,24/0,3 = 0,8N

Par conséquent, le poids de la règle du mètre est de 0,8 Newtons.

Déterminer la réaction sur le pivot :

Force ascendante totale = force descendante totale

R = 1,2 + W

R= 1,2 + 0,8

R= 2 Newtons

États d'équilibre

ETAT D'EQUILIBRE . Cela fait référence à l'état d'équilibre d'un corps. Ces états sont de trois types différents ;

• Équilibre stable . Un corps est dit dans cet état s'il revient à sa position d'origine après un léger déplacement. L'entonnoir ne bascule pas parce que la ligne d'action du poids tombe à la base de l'entonnoir. Ceci est appliqué dans les bus modernes où les compartiments à bagages sont placés dans la partie inférieure pour abaisser la position du centre de gravité. Cela contribue à augmenter la stabilité du bus.
• Équilibre instable . Un corps est dit dans cet état si, après un léger déplacement, il ne revient pas à sa position d'origine mais occupe une nouvelle position. Les bus qui transportent des bagages lourds sur le porte-bagages supérieur élèvent la position du centre de gravité. Cela rend le bus instable.
• Équilibre neutre . Un corps est dit dans cet état s'il occupe une nouvelle position similaire à la position d'origine lorsqu'il est légèrement déplacé.

Conditions d'équilibre

• La somme des moments dans le sens des aiguilles d'une montre autour de n'importe quel point est égale à la somme des moments dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour du même point.
• La somme des forces exercées sur le corps dans une direction est égale à la somme des forces agissant sur le corps dans la direction opposée.

Facteurs affectant la stabilité d'un corps

Deux facteurs affectent la stabilité d'un corps. Elles sont;

• Aire de base d'un corps. Les corps avec des bases plus larges sont plus stables. Les bases étroites ont moins de stabilité.
• La position du centre de gravité. Les corps sont plus stables lorsque le centre de gravité est plus bas.

Application de la stabilité

• Des contenants qui contiennent des liquides comme la fiole conique du laboratoire avec une large base pour améliorer la stabilité.
• Applications automobiles. Par exemple, les voitures de course ont des roues plus larges et des positions de centre de gravité plus basses que les voitures ordinaires.
• La plupart des bus transportent leur cargaison sous le niveau des passagers plutôt que sur la galerie de toit pour abaisser le centre de gravité.
• Aéronautiques. Les aéronefs sont conçus de manière à ce que le centre de gravité tombe dans une limite donnée pour les rendre stables. Cela leur permet de manœuvrer facilement
• Mouvement du corps. Le mouvement du corps dépend également du centre de gravité. En comprenant le centre de gravité et la stabilité, nous comprenons mieux la locomotion humaine.