Back to the topics list

evenwicht en zwaartepunt

Leerdoelen

• Begrijp de betekenis van het zwaartepunt
• Begrijp de elementen van evenwicht en zwaartepunt

Zwaartepunt

Het zwaartepunt van een lichaam verwijst naar het aangrijpingspunt van de resulterende kracht als gevolg van de aantrekkingskracht van de aarde. Het is dit punt waarop al het gewicht van een lichaam lijkt te werken. De resulterende kracht wordt het gewicht van het lichaam genoemd. Om het gewicht van een object te vinden, vermenigvuldigt u de massa met de zwaartekracht.

Het kennen van het zwaartepunt van een object is belangrijk omdat het het gedrag van een bewegend lichaam voorspelt wanneer de zwaartekracht erop inwerkt. Het zwaartepunt is ook belangrijk bij het ontwerp van statische constructies zoals bruggen en gebouwen.

In een zwaartekrachtveld dat uniform is, is het zwaartepunt vergelijkbaar met het zwaartepunt . Houd er echter rekening mee dat deze twee punten niet altijd samenvallen. Het zwaartepunt van de maan ligt bijvoorbeeld heel dicht bij het geometrische centrum van de maan. Het zwaartepunt van de maan is echter enigszins verwijderd van het centrum van de maan in de richting van de aarde, als gevolg van een sterkere zwaartekracht aan de dichtstbijzijnde kant van de maan.

Als een object symmetrisch van vorm is en van homogeen materiaal is gemaakt, valt het zwaartepunt samen met het geometrische middelpunt van het object. Voor een object dat asymmetrisch is en is gemaakt van verschillende materialen met verschillende massa's, zal het massamiddelpunt echter verwijderd zijn van het geometrische middelpunt van het object. In onregelmatig gevormde of holle lichamen bevindt het zwaartepunt zich op een punt buiten het object.

Verschil tussen zwaartepunt en zwaartepunt

Het is gebruikelijk dat veel mensen aannemen dat het zwaartepunt en het zwaartepunt hetzelfde zijn. De waarheid is echter dat ze anders zijn.

Het zwaartepunt verwijst naar een punt waar de massaverdeling in alle richtingen gelijk is. Het zwaartepunt is niet afhankelijk van het zwaartekrachtveld. Het zwaartepunt daarentegen is het punt waar het gewicht van een object in alle richtingen gelijk is en is afhankelijk van het zwaartekrachtveld.

Het massamiddelpunt en het zwaartepunt van een object kunnen echter op hetzelfde punt liggen als het zwaartekrachtveld uniform is.

Wie heeft de ontdekking van het zwaartepunt gedaan?

Het zwaartepunt werd ontdekt door Archimedes van Syracuse.

Welke invloed heeft het zwaartepunt op de balans?

Het zwaartepunt bepaalt de stabiliteit van objecten. Objecten met een lager zwaartepunt zijn stabieler dan objecten met een hoger zwaartepunt. Voorwerpen met een zeer hoog zwaartepunt vallen om wanneer ze worden geduwd. Raceauto's hebben een laag zwaartepunt waardoor ze bochten kunnen nemen zonder te kantelen.

Hoe zit het met het zwaartepunt in ons lichaam?

In een anatomische positie van ons lichaam bevindt het zwaartepunt zich anterieur van de ^2e sacrale wervel. Merk echter op dat, aangezien mensen niet in een anatomisch vaste positie blijven, de exacte locatie van het zwaartepunt verandert met de positie van de ledematen en het lichaam.

Zwaartepunt van regelmatige vormen

Bij een uniform lichaam (een lichaam waarvan het gewicht gelijkmatig is verdeeld) bevindt het zwaartepunt zich in het geometrische midden van het lichaam. Een meterregel die uniform is, heeft bijvoorbeeld het zwaartepunt op 50 cm.

Het zwaartepunt van regelmatige vormen kan ook worden bepaald door de constructie. Bijvoorbeeld;

• Voor rechthoekige en vierkante objecten worden diagonale lijnen geconstrueerd. Het zwaartepunt is het snijpunt van deze twee diagonalen.
• Voor driehoekige lichamen construeren we middelloodlijnen van de zijden. Het zwaartepunt is het punt waar de drie lijnen elkaar snijden.
• Voor ronde lichamen worden diameters geconstrueerd. Het zwaartepunt is het punt waar deze lijnen elkaar snijden.

Voorbeeld

Een uniforme meterregel wordt gebalanceerd op een markering van 20 cm wanneer een belasting van 1,2 N wordt opgehangen aan de nulmarkering. Bereken het gewicht en de massa van de meterregel.

Oplossing

Begin met het tekenen van een diagram dat alle krachten laat zien die erop werken.

In evenwicht (evenwicht), de som van het moment met de klok mee = som van het moment tegen de klok in

Bij het berekenen van de momenten met de klok mee, moet u er rekening mee houden dat het gewicht van de meterregel op de 50 cm-markering werkt. Momenten met de klok mee zijn gelijk aan het gewicht van de meterregel vermenigvuldigd met de afstand tussen het midden van de meterregel en het punt van het draaipunt. Daarom zijn momenten met de klok mee gelijk aan gewicht * 0,3 meter. Momenten tegen de klok in zijn gelijk aan het gewicht van de last vermenigvuldigd met de afstand tussen de last en het draaipunt. Daarom zijn momenten tegen de klok in gelijk aan 1,2 Newton * 0,2 meter.

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

0,3W = 0,24

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

Daarom is het gewicht van de meterregel 0,8 Newton.

Bepaal de reactie op het draaipunt:

Totale opwaartse kracht = totale neerwaartse kracht

R = 1,2 + W

R= 1,2 + 0,8

R= 2 Newton

Staten van evenwicht

EVENWICHTSTAAT . Dit verwijst naar de evenwichtstoestand van een lichaam. Deze staten zijn van drie verschillende typen;

• Stabiel evenwicht . Men zegt dat een lichaam zich in deze toestand bevindt als het na een lichte verplaatsing terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie. De trechter kantelt niet omdat de werklijn van het gewicht in de bodem van de trechter valt. Dit wordt toegepast in moderne bussen waar de bagageruimten in het onderste gedeelte zijn geplaatst om het zwaartepunt te verlagen. Dit helpt de stabiliteit van de bus te vergroten.
• Onstabiel evenwicht . Van een lichaam wordt gezegd dat het zich in deze toestand bevindt als het na een lichte verplaatsing niet terugkeert naar zijn oorspronkelijke posities maar een nieuwe positie inneemt. Bussen die zware bagage op de bovenste drager vervoeren, verhogen het zwaartepunt. Dit maakt de bus onstabiel.
• Neutraal evenwicht . Van een lichaam wordt gezegd dat het zich in deze toestand bevindt als het een nieuwe positie inneemt die vergelijkbaar is met de oorspronkelijke positie wanneer het enigszins verplaatst is.

Voorwaarden voor evenwicht

• De som van de momenten met de klok mee rond een willekeurig punt is gelijk aan de som van de momenten tegen de klok in rond hetzelfde punt.
• De som van de krachten op het lichaam in de ene richting is gelijk aan de som van de krachten die in de tegenovergestelde richting op het lichaam werken.

Factoren die de stabiliteit van een lichaam beïnvloeden

Twee factoren zijn van invloed op de stabiliteit van een lichaam. Zij zijn;

• Het basisgebied van een lichaam. Lichamen met een bredere basis zijn stabieler. Smalle bases hebben minder stabiliteit.
• De positie van het zwaartepunt. Lichamen zijn stabieler als het zwaartepunt lager ligt.

Toepassing van stabiliteit

• Containers die vloeistoffen bevatten, zoals de erlenmeyer van het laboratorium met een brede basis om de stabiliteit te verbeteren.
• Automotive toepassingen. Raceauto's hebben bijvoorbeeld bredere wielen en een lager zwaartepunt dan gewone auto's.
• De meeste bussen vervoeren hun lading onder het passagiersniveau in plaats van op het imperiaal om het zwaartepunt te verlagen.
• Luchtvaart. Vliegtuigen zijn zo ontworpen dat het zwaartepunt binnen een bepaalde grens valt om ze stabiel te maken. Hierdoor kunnen ze gemakkelijk manoeuvreren
• Beweging van het lichaam. Lichaamsbeweging is ook afhankelijk van het zwaartepunt. Door het zwaartepunt en de stabiliteit te begrijpen, begrijpen we meer over menselijke voortbeweging.