Fysiikka 5 – luku 3 Jäykän kappaleen mekaniikka

Voiman momentti

Voiman F momentti akselin suhteen on

M = Fr

jossa r on voiman vaikutussuoran kohtisuora etäisyys kiertoakselista eli momenttiakselista. Tätä etäiyyttä r nimitetään voiman varreksi eli momenttivarreksi. Voiman momentti kuvaa voiman vääntövaikutusta.

Kappaleen painopiste                                          

Kappaleen painopiste on piste, jonka kautta kappaleeseen kohdistuvan painon vaikutussuora kulkee aina, olipa kappale missä asennosa tahansa. Kun kappale tuetaan painopisteestään painon suuruisella voimalla, kappale on tasapainossa missä asennossa tahansa. Kappaelen tasapaino on vakaa eli stabiili, jos kappaleen potentiaalienergia on pienin. Jos kappale poikkeutetaan vakaasta tasapainosta. sen potentiaalienergia kasvaa ja se palaa takaisin lähtöasemaansa.

Kappaleen tasapaino on horjuva eli labiili, jos kappaleen potentiaalienergialla on suurin arvo. Horjuvassa tasapainoasemassa oleva kappale etääntyy tasapainoasemastaan, jos sitä poikkeutetaan vähänkin. Kappaleen tasapaino on epämääräinen eli indifferentti, jos kappaleen potentiaalienergia ei muutu, kun kappale poikkeutetaan tasapainosta.

Mekaaniset koneet

Vipu on tasapainossa, kun

F1r1 = F2r2

Väkipyörää käytetään voiman suunnan muuttajana. Nostamiseen tarvittavan voiman suuruus on yhtä suuri kuin kuormaan kohdistuva paino eli F=G. Liikkuvan väkipyörän avulla voidaan vaikuttaa myös tarvittavan voiman suuruuteen. Jos väkipyöriä on kaksi, nostamiseen tarvittava voima on F  = G/2. Taljassa käytetään useampia liikkuvia ja kiinteitä väkipyöriä. Jos väkipyöriä on neljä, kuorma riippuu neljässä köydessä ja kullakin köydellä on ¼ kuormasta. Nostamiseen tarvittavan voiman suuruus on F = G/4. Jos liikkuviin pyöriin kohdistuvat painot otetaan huomioon, köysiä kuormittava voima on Gkuorma + Gpyörät.

Jäykän kappaleen tasapaino

Kappale on tasapainossa, kun ∑F = 0 ja kun ∑M=0.