Miért kell a fizikát tudni?
2014/02/06 08:00
1770 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.

A videómegosztó oldalakon sok olyan kisfilmet láthatunk, ahol a darukezelő, illetve a segítő személyzet fatális hibát, esetleg hibákat követ el, és ennek következménye szerencsés esetben csak nagy anyagi kárt jelentő baleset. Mi lett volna, ha tudja a daru kezelője, mi is az a tömegközéppont?

Sajnos, sok hasonló balesetet láthatunk. Vajon mi lehet az oka? Hiszen csak egy nehéz tárgyat kell mozgatni, ráadásul lassan… A felvételen látszik, hogy a dolgok nem mennek olyan jól, mint a daru kezelője gondolta. Biztosan hiányzott fizika órán, ezért nem tudja mi az a tömegközéppont.

Mi is az a súlypont?

Az előbb még tömegközéppont volt. Mindkét elnevezés használatos, a súlypont inkább köznyelvi, míg a tömegközéppont a szaknyelvi megnevezés.

A fizikában egy több tömegpontból álló rendszer tömegközéppontja az a nevezetes pont, mely úgy viselkedik, mintha a rendszer tömege ebbe a pontba volna koncentrálva. A tömegközéppont helye csak a rendszer részeinek tömegétől és elhelyezkedésétől függ. Merev test esetében a tömegközéppont a testhez képest rögzített helyen helyezkedik el (de nincs szükségképen a testen belül). Ha egy rendszer elemei szabadon helyezkednek el a térben (például egy puska és a belőle kilőtt lövedék) a rendszer tömegközéppontja olyan helyen lehet, ahol nincs egyáltalán tömeg.

egyensuly_uveg

A homogén  gravitációs mezőben lévő rendszer tömegközéppontját régebben súlypontnak is nevezték.

tomegkozeppont

Egy test tömegközéppontja sokszor nem ott van, ahová "ösztönösen" tennénk a geometriája alapján. A Forma-1-ben a konstruktőrök a lehető legkönnyebbre tervezik, majd a legalacsonyabb helyre rögzítenek egy megfelelően méretezett súlyt, így az autó tömegközéppontja közelebb lesz a talajhoz, és a jármű jobban fekszi az utat.

Mikor van egy daru egyensúlyban?

A daru és a rajta függő teher egy testnek számít. Ahhoz, hogy ez a test egyensúlyban legyen, két fontos feltételnek kell teljesülnie. Ezek a feltételek a tankönyvekben a Merev test egyensúlyának feltétele című résznél találhatóak.

A merev test akkor van egyensúlyban, ha a testre ható erők eredője és ezen erők forgatónyomatékainak összege is nulla:

merevtest

Abban az esetben, ha a test méretei a kölcsönhatás során nem hanyagolhatóak  el (pl. egy daru esetében), kiterjedt testről beszélünk.

Egyensúly és állásszilárdság

Ha a merev testeket kissé kimozdítjuk egyensúlyi helyzetükből, akkor ebben az új helyzetben a külső erők eredője és ennek forgatónyomatéka általában nem nulla.

tolcserek

Ha az egyensúlyi helyzetéből kitérített test – néhány billegés vagy lengés után – a külső erők hatására visszatér eredeti egyensúlyi helyzetébe, akkor az ilyen helyzetet stabil egyensúlyi helyzetnek nevezzük.

Ha az erőhatások a testet még jobban eltávolítják eredeti egyensúlyi helyzetétől, akkor ezt labilis egyensúlyi helyzetnek nevezzük.

Ha a kitérítés után, egy új helyzetben is egyensúlyban van a test, akkor ezt közömbösnek nevezzük.

Egy test (pl. daru) annál nehezebben borítható fel, minél nagyobb szöggel kell kibillenteni ahhoz, hogy a súlypontján átmenő függőleges egyenes kívül kerüljön az alátámasztási felületen. Egy testnek ez az úgynevezett állásszilárdsága annál nagyobb, minél alacsonyabban van a test súlypontja és minél szélesebb az alátámasztási felülete.

Miért borult fel a daru?

A mellékelt ábrák egyértelműen mutatják.

daruall

A piros pont a daru és teher közös tömegközéppontját jelöli. A tömegközépponton átmenő függőleges egyenes az alátámasztási felületen belül van, így még visszatér eredeti egyensúlyi helyzetébe a daru.

daruborul

Az ábrán jól megfigyelhető a változás. Az alátámasztási felületen kívülre került a súlyponton átmenő függőleges egyenes, így a jármű állásszilárdsága már nem megfelelő, felborul.

Újra csak bizonyságot szereztünk arról, hogy aki tudja a fizikát, elkerülheti az ilyen veszélyes helyzeteket.

További érdekes oldalak: 

Zsigó Zsolt cikke

Csoportot ajánlunk

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
A National Geographic A National Geographic honlapja.
Interpress Magazin Az IPM honlapja archívummal
Világtudomány.hu A magyar és nemzetközi tudományos élet hírei
Űr világ Asztronautikai hírportál