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equilibrio e baricentro

Obiettivi formativi

• Comprendere il significato di baricentro
• Comprendere gli elementi di equilibrio e baricentro

Centro di gravità

Il baricentro di un corpo si riferisce al punto di applicazione della forza risultante dall'attrazione della terra. È questo punto su cui sembra agire tutto il peso di un corpo. La forza che ne deriva si chiama peso del corpo. Per trovare il peso di un oggetto, moltiplica la massa per la gravità.

Conoscere il centro di gravità di un oggetto è importante poiché prevede il comportamento di un corpo in movimento quando la forza di gravità agisce su di esso. Il baricentro è importante anche nella progettazione di strutture statiche come ponti ed edifici.

In un campo gravitazionale uniforme, il centro di gravità è simile al centro di massa . Tuttavia, dovresti notare che questi due punti non coincidono sempre. Ad esempio, il centro di massa della luna è molto vicino al centro geometrico della luna. Tuttavia, il centro di gravità della luna è leggermente lontano dal centro della luna verso la terra, a causa della forza gravitazionale più forte sul lato vicino della luna.

Se un oggetto è di forma simmetrica ed è fatto di materiale omogeneo, il centro di gravità coincide con il centro geometrico dell'oggetto. Tuttavia, per un oggetto asimmetrico e costituito da materiali diversi con masse diverse, il centro di massa sarà lontano dal centro geometrico dell'oggetto. Nei corpi di forma irregolare o cavi, il baricentro si trova in un punto esterno all'oggetto.

Differenza tra baricentro e centro di massa

È comune per molte persone presumere che il centro di gravità e il centro di massa siano gli stessi. Tuttavia, la verità è che sono diversi.

Il centro di massa si riferisce a un punto in cui la distribuzione della massa è uguale in tutte le direzioni. Il centro di massa non dipende dal campo di gravità. Il centro di gravità invece è il punto in cui il peso di un oggetto è uguale in tutte le direzioni e dipende dal campo di gravità.

Tuttavia, il centro di massa e il centro di gravità di un oggetto possono trovarsi nello stesso punto se il campo gravitazionale è uniforme.

Chi ha scoperto il baricentro?

Il baricentro fu scoperto da Archimede di Siracusa.

Che effetto ha il baricentro sull'equilibrio?

Il centro di gravità determina la stabilità degli oggetti. Gli oggetti che hanno un baricentro più basso sono più stabili di quelli che hanno un baricentro più alto. Gli oggetti che hanno un baricentro molto alto si rovesciano quando vengono spinti. Le auto da corsa hanno baricentri bassi per consentire loro di superare le curve senza ribaltarsi.

E il centro di gravità nel nostro corpo?

In una posizione anatomica del nostro corpo, il centro di gravità si trova anteriormente alla ^2a vertebra sacrale. Tuttavia, si noti che, poiché gli esseri umani non rimangono in una posizione anatomica fissa, l'esatta posizione del centro di gravità cambia con la posizione degli arti e del corpo.

Centro di gravità delle forme regolari

Un corpo uniforme (un corpo che ha il suo peso distribuito uniformemente) ha il suo baricentro situato nel centro geometrico del corpo. Ad esempio, un metro uniforme ha il suo baricentro nel segno dei 50 cm.

Il centro di gravità delle forme regolari può anche essere determinato dalla costruzione. Per esempio;

• Per oggetti rettangolari e quadrati, vengono costruite linee diagonali. Il centro di gravità è il punto in cui queste due diagonali si intersecano.
• Per corpi triangolari, costruiamo bisettrici perpendicolari dei lati. Il centro di gravità è il punto in cui le tre linee si intersecano.
• Per i corpi circolari, vengono costruiti i diametri. Il centro di gravità è il punto in cui queste linee si intersecano.

Esempio

Una regola del metro uniforme è bilanciata su una tacca di 20 cm quando un carico di 1,2 N è appeso alla tacca zero. Calcola il peso e la massa della regola del metro.

Soluzione

Inizia disegnando un diagramma che mostri tutte le forze che agiscono su di esso.

All'equilibrio (equilibrio), la somma del momento orario = somma del momento antiorario

Durante il calcolo dei momenti in senso orario, dovresti notare che la regola del metro ha il suo peso che agisce sul segno di 50 cm. I momenti in senso orario equivalgono al peso del metro moltiplicato per la distanza tra il centro del metro e il punto del perno. Pertanto, i momenti in senso orario equivalgono a peso * 0,3 metri. I momenti in senso antiorario equivalgono al peso del carico moltiplicato per la distanza tra il carico e il perno. Pertanto, i momenti in senso antiorario sono pari a 1,2 Newton * 0,2 metri.

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

0,3 W = 0,24

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

Pertanto, il peso della regola del metro è di 0,8 Newton.

Determinare la reazione sul perno:

Forza totale verso l'alto = forza totale verso il basso

R = 1,2 + W

R= 1,2 + 0,8

R= 2Newton

Stati di equilibrio

STATO DI EQUILIBRIO . Questo si riferisce allo stato di equilibrio di un corpo. Questi stati sono di tre diversi tipi;

• Equilibrio stabile . Un corpo si dice in questo stato se ritorna nella sua posizione originaria dopo un leggero spostamento. L'imbuto non si ribalta perché la linea di azione del peso cade nella base dell'imbuto. Questo viene applicato nei moderni autobus dove i vani bagagli sono posti nella parte inferiore per abbassare la posizione del baricentro. Questo aiuta ad aumentare la stabilità del bus.
• Equilibrio instabile . Un corpo si dice in questo stato se, dopo un leggero spostamento, non ritorna nelle sue posizioni originarie ma ne occupa una nuova. Gli autobus che trasportano bagagli pesanti sul portapacchi superiore alzano la posizione del baricentro. Questo rende il bus instabile.
• Equilibrio neutro . Si dice che un corpo si trova in questo stato se occupa una nuova posizione simile a quella originale quando è leggermente spostato.

Condizioni per l'equilibrio

• La somma dei momenti in senso orario rispetto a qualsiasi punto è uguale alla somma dei momenti in senso antiorario rispetto allo stesso punto.
• La somma delle forze sul corpo in una direzione è uguale alla somma delle forze che agiscono sul corpo nella direzione opposta.

Fattori che influenzano la stabilità di un corpo

Due fattori influenzano la stabilità di un corpo. Sono;

• L'area di base di un corpo. I corpi con basi più larghe sono più stabili. Le basi strette hanno meno stabilità.
• La posizione del baricentro. I corpi sono più stabili quando il baricentro è più basso.

Applicazione della stabilità

• Contenitori che contengono liquidi come la beuta da laboratorio con una base ampia per migliorare la stabilità.
• Applicazioni automobilistiche. Ad esempio, le auto da corsa hanno ruote più larghe e posizioni del baricentro più basse rispetto alle auto normali.
• La maggior parte degli autobus trasporta il carico al di sotto del livello dei passeggeri invece che sul portapacchi per abbassare il baricentro.
• Aeronautica. Gli aerei sono progettati in modo tale che il centro di gravità rientri in un dato limite per renderli stabili. Questo rende facile per loro manovrare
• Movimento del corpo. Il movimento del corpo dipende anche dal centro di gravità. Comprendendo il centro di gravità e la stabilità, capiamo di più sulla locomozione umana.