In fisica, un oggetto è dentro equilibrio stabile quando leggermente spostato dalla sua posizione, ritorna immediatamente. Puoi visualizzarlo immaginando un marmo sul fondo di un contenitore concavo: con un piccolo tocco, il marmo oscilla brevemente attorno al punto più basso e poi si ferma..
Quando il marmo si trova sul fondo del contenitore, la sua energia potenziale gravitazionale è minima, quindi questo punto è un punto di equilibrio stabile per esso..
Un equilibrio stabile è importante per gli esseri viventi e le strutture, ecco perché è importante sapere da cosa dipende e come mantenerlo..
Camminando ed eseguendo movimenti, le persone e gli animali mantengono naturalmente l'equilibrio. In caso contrario, si verificherà una caduta. Quando si pratica sport, l'equilibrio stabile è fondamentale per sviluppare l'attività, come giocare a calcio e correre con la palla, impedendo all'avversario di prenderla.
La stabilità è così importante in natura che le persone e gli animali hanno dei sensi che consentono loro di conoscere in ogni momento la posizione del proprio corpo: la propriocezione. Nell'orecchio interno ci sono numerosi recettori che trasmettono sempre informazioni sulla posizione al cervello..
Allo stesso modo, ingegneri e costruttori utilizzano i principi della stabilità per costruire strutture in grado di durare nel tempo e sicure per gli utenti. L'esperienza e lo studio della meccanica portano a stabilire le seguenti condizioni per garantire l'equilibrio stabile delle cose:
Affinché un corpo rimanga in equilibrio stabile quando sostenuto, deve rispettare:
-Il corpo dovrebbe avere la più ampia superficie di appoggio possibile. Questa zona di appoggio è delimitata da tutti i possibili assi rispetto ai quali l'oggetto potrebbe ruotare, ribaltandosi sotto l'azione di forze esterne..
-Il centro di gravità dovrebbe essere il più basso possibile.
L'equilibrio stabile di un corpo, animato o meno, dipende dalla posizione del suo centro di massa, un punto molto speciale in cui è concentrata tutta la sua massa. Essendo sulla Terra, il centro di massa coincide con il centro di gravità, che è il punto del corpo dove si considera applicato il peso..
Ed è che il peso è una delle forze più importanti da tenere in considerazione nella ricerca dell'equilibrio, poiché a seconda di come agisce, può causare una coppia o un momento che fa ruotare il corpo.
Il centro di massa non contiene necessariamente massa. In una persona in piedi o sdraiata, il centro di massa è all'interno del corpo. Ma piegandoti per toccare le dita dei piedi senza piegare le ginocchia, il centro di massa è fuori..
L'altro elemento essenziale per mantenere l'equilibrio stabile di un oggetto è il piano di appoggio o appoggio. Dall'esperienza si riconosce che gli oggetti con grandi superfici di appoggio sono più stabili di quelli con superfici di appoggio più piccole..
Per garantire che un oggetto sia in equilibrio stabile, la linea perpendicolare che collega il centro di massa alla superficie del terreno deve passare attraverso la base di appoggio. Se questa linea cade al di fuori di detta base, l'oggetto si ribalterà.
Per garantire l'equilibrio stabile di un oggetto supportato, vengono seguite queste strategie:
-Abbassare il centro di gravità dell'oggetto, poiché più è vicino al suolo, maggiore è la stabilità. Ciò può essere ottenuto rendendo la parte inferiore del corpo più massiccia..
-Aumentare l'area a contatto con il suolo.
Nella figura seguente è rappresentato un blocco rettangolare di materiale omogeneo appoggiato su un piano orizzontale. Il baricentro coincide con il centro geometrico del blocco.
Nell'immagine a sinistra, il blocco è in equilibrio stabile, poiché la linea perpendicolare che unisce il baricentro con il pavimento passa attraverso il piano di appoggio, che è la base del blocco..
Nella figura a destra, il blocco è inclinato di un angolo θ, in modo tale che la linea perpendicolare che passa per il baricentro cada proprio sul bordo del blocco. Quando il valore di questo angolo viene superato, il blocco si ribalta a destra.
Dalla figura si può vedere che:
In caso di ribaltamento, il blocco avrebbe un baricentro più basso, da allora per è meno di b, e quindi, la sua posizione sarebbe più stabile, oltre ad essere appoggiata su una superficie più ampia.
Di seguito sono descritte situazioni comuni in cui partecipa l'equilibrio stabile, non solo corpi supportati:
I quadri appesi alle pareti sono in equilibrio stabile, senza considerare le forze di attrito, ma solo il peso.
Quando un calciatore corre dietro al pallone o cerca di impedire a un giocatore rivale di portarlo via, deve riuscire a mantenere stabile l'equilibrio.
Un equilibrio stabile è anche molto necessario quando si va in bicicletta o in motocicletta.
È noto che le scarpe con il tacco a spillo non sono stabili come quelle con il tacco largo, perché hanno una superficie di appoggio maggiore rispetto alle prime.
Quando una persona si tocca le dita dei piedi con le mani, senza piegare le ginocchia, il centro di massa è al di fuori del corpo. La persona rimane comunque in equilibrio stabile, perché la linea perpendicolare che collega il baricentro con il suolo attraversa l'area delimitata dai piedi..
D'altra parte, se la persona cerca di toccarsi le dita dei piedi, ma tenendo la schiena e le gambe vicine al muro, vedrà che non può farlo senza perdere l'equilibrio, perché la perpendicolare che unisce il centro di massa con il pavimento non passa nell'area delimitata dai piedi.
Per mantenere l'equilibrio quando si è in piedi su un autobus o un vagone del treno, le persone allargano immediatamente i piedi. In questo modo l'area di sollevamento è maggiore ed è meno probabile che cada..
Le auto sportive e le auto da corsa utilizzano pneumatici larghi per una maggiore stabilità.
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