สมดุลกล

        ทุกคนคงรู้จักกับตาชั่งสปริง เมื่อเราวางอะไรก็ตามเราจะเห็นว่าตาชั่งจะขยับขึ้นลงจนกระทั่งค่อยๆนิ่งอยู่กับที่หรือเรียก อีกอย่างว่า เข้าสู่สภาวะสมดุล ดังนั้นในบทนี้เราจะมาศึกษาว่าอะไรที่ทำให้ตาชั่งอยู่กับที่

       คำว่าสมดุลหมายถึงเท่ากันหรือเสมอกัน แต่ในวิชาฟิสิกส์ สมดุลหมายถึงสภาวะที่วัตถุหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ โดยมีเงื่อนไขในการเกิดภาวะสมดุล คือ ผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุต้องมีค่าเท่ากับ ศูนย์(แรงลัพธ์มีค่าเป็น 0)

     

  

       จากภาพด้านบน ให้ลองสังเกตว่า เมื่อผู้ที่ดึงทั้ง 2 ฝั่งออกแรงเท่ากัน จะเห็นว่าเชื่อกนิ่งอยู่กับที่ หรือ เรียกว่าเข้า

สู่สภาวะสมดุลถ้าจะให้ ตั้งสมการง่ายๆ โดยสมมติว่า A คือขนาดของเเรงที่ดึงไปทางซ้าย เเละ ขนาดของแรงที่ดึงไปทางขวาคือ B

จาก  εF = 0                  

ได้ว่า A – B = 0 หรือ A = B

       การที่เชือกหยุดนิ่งอยู่กับที่แบบนี้ แสดงว่าเชือกเข้าสู่สภาวะสมดุลแล้ว โดยเราเรียกสมดุลแบบนี้ว่า สมดุลต่อการเลื่อนตำแหน่ง

       เมื่อเราศึกษาไปเรื่อยๆจะพบว่า มีบางเหตุการณ์ที่ผลรวมแรง เป็นศูนย์แต่วัตถุไม่ยอมอยู่นิ่ง อยู่บ้านว่างๆ ให้ลองนำประแจมาซักอันแล้วออกแรงผลักมันทั้งสองข้างดังรูป โดยให้แรงที่ผลักทางซ้ายเท่ากับแรงที่ผลักทางขวา แสดงว่ามันต้องอยู่ในสภาวะสมดุล แต่ถ้าลองคิดภาพหลังจากที่แรงกระทำ มันจะไม่อยู่นิ่งมันจะเกิดการหมุน การที่วัตถุเกิดการหมุนแบบนี้วัตถุนี้เข้าสู่สภาวะสมดุลแล้ว แต่ต่างออกไปจากสมดุลต่อการเลื่อนตำแหน่งคือ สมดุลแบบนี้วัตถุจะเกิดการหมุนด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงที่ หรือ หยุดนิ่งอยู่กับที่ไม่หมุเลย

ซึ่งเราเรียกภาวะสมดุลแบบนี้ว่า สมดุลต่อการหมุน และเราจะนำ โมเมนต์(M)มาใช้ในการคำนวณ เรื่องสมดุลต่อการหมุนกัน

       

    

    

       โมเมนต์(M) คือ ผลคูณระหว่างแรงเเละระยะห่างระหว่างจุดหมุนถึงแนวแรง โดยการวางสมาการคำนวณจะ สร้างสมาการขึ้นมาว่า M ตามเข็มนาฬิกา = M ทวนเข็มนาฬิกา

       จากรูปด้านบน จะเห็นว่ามีเเรง ขนาด P มากระทำในทิศทางที่ทำให้วัตถุเกิดการหมุนทวนเข็มนาฬิกาเเละตามเข็มนาฬิกา โดยมี จุด O เป็นจุดหมุน

จาก  εM = 0

ได้ว่า P คูณ ระยะจากปลายด้านซ้ายไปยังจุด O = P คูณ ระยะจากปลายด้ายขวาไปยังจุด O 

       

สรุป การเกิดสมดุลมี 2 เเบบ คือ

1. สมดุลต่อการเลื่อนตำแหน่ง

           2. สมดุลต่อการหมุน