Forza risultante e forza equilibrante: confronto esaustivo

       La forza risultante è una singola forza sostituita da forze multiple e la forza di equilibrio è la forza bilanciata in cui la forza netta che agisce è zero che è direttamente opposta alla forza risultante. Quindi questa è la differenza fondamentale tra la forza risultante e la forza equilibrante.

       Forza risultante è la somma di tutte le forze individuali che agiscono su un corpo mediante determinazione vettoriale. La forza risultante può essere zero se una forza è opposta all'altra combinazione. Ci sono diverse forze che agiscono su un corpo e sono trattate separatamente in termini di forze verticali e orizzontali.

         Quando la grandezza è la stessa e le direzioni sono opposte le forze si annullano a vicenda otteniamo un valore di forza che è la forza risultante. Ad esempio, la forza 5N a sinistra e la forza 9N a destra danno la forza risultante come 4N.

Esempi di forza risultante

Abbiamo quattro forze che agiscono contemporaneamente su un sistema, 60N, 70N, 40N, -20N. La forza 20N è negativa perché agisce in senso opposto a quello delle altre. Valutare la forza risultante.

      F_R = f1 + f2 + f3 + f4

      F_R = 60 N + 70 N + 40 N – 20 N

      F_R = 150N

Lascia che due forze agiscano perpendicolarmente l'una all'altra, 9N e 4N. Determinare la forza risultante.

    La formula per la forza risultante che agisce perpendicolarmente l'una all'altra è

     F = [(F1)² +(F2)²]^1/2

        F = [(9)²  + (4)²]^1/2

La forza risultante o qualsiasi altro tipo di forza può essere spiegata facilmente utilizzando un diagramma a corpo libero. In questo diagramma usiamo le frecce per indicare la grandezza e la direzione delle forze che agiscono. Le frecce che puntano verso una direzione sono il percorso della forza seguita e la lunghezza della freccia mostra specifica la grandezza.

Nel calcolo della forza presente nel corpo entrano in gioco diverse forze ma la forza risultante dà valore per l'intera forza presente. Molteplici forze che agiscono su di esse vanno bilanciate e sbilanciate.

Quando la forza individuale ha la stessa grandezza dell'altra si sommano anche quando la direzione è la stessa allora si dice che il sistema ha forza sbilanciata. Ma quando la grandezza è la stessa e la direzione è opposta l'una all'altra, si annullano a vicenda e si dice che il sistema ha una forza bilanciata.

In un sistema ci sono diverse forze possibili che agiscono, vale a dire, forza normale, forza di attrito, forza tensionale, forza gravitazionale e così via. La forza risultante è il valore finale della somma di queste forze che agiscono su un corpo.

Concetto di forza equilibrata   

Quando l'intensità e la direzione della forza che agisce su un corpo sono bilanciate, mostrare la forza netta zero e la coppia zero presenti nel sistema è noto come forza equilibrante.

Lo stato di forza equilibrata si verifica quando un sistema è in equilibrio. Ciò accade quando le diverse forze che agiscono sull'oggetto sono considerate bilanciate.

Il bilanciamento della forza in un sistema si verifica quando la forza verso sinistra bilancia la forza verso destra e la forza verso l'alto bilancia la forza verso il basso.

Generalmente quando si dice che il sistema ha una forza bilanciata, le singole forze non possono avere lo stesso valore. Ad esempio, quando si dice che un corpo ha una forza bilanciata, la forza individuale può differire e viene spiegata usando un diagramma a corpo libero.

Consideriamo un semplice esperimento per comprendere il concetto di forza di equilibrio.

Nel laboratorio di fisica, un oggetto è sospeso da due o più corde; la forza esercitata è misurata agli angoli formati dalla corda con l'oggetto. Ora viene misurato il numero totale di forze che agiscono sull'oggetto.

Se l'oggetto dovesse essere in equilibrio, la forza netta che agisce sull'oggetto dovrebbe essere di 0N. inoltre, sommando la forza dovrebbe essere uguale a zero.

Esempi di forze di equilibrio

Considera un uomo in piedi a terra immobile. Le forze che agiscono su di lui saranno nulle poiché non ci sono accelerazione e velocità. Per questo motivo si dice che l'uomo è in equilibrio statico.

Poiché il numero di forze che agiscono sull'uomo è zero, quindi la condizione richiede l'esistenza di una forza di equilibrio.

Un'auto si muove su un'autostrada con accelerazione e velocità costanti. Quando non si muove, l'intero sistema rimane immobile. Le forze che agiscono sul sistema sono in ogni direzione.

Quando i bambini sono seduti su un'altalena, un sistema rotante, si dice che siano in equilibrio. Se sono immobili e le forze che agiscono su di essi diventano zero, in questo modo la coppia diventa zero e lascia il posto alla forza di equilibrio.

Pertanto, in ogni caso, il numero totale di forze che agiscono su un corpo è bilanciato, rendendo la forza netta zero, e la forza di equilibrio è raggiunta.

E quando si tiene conto dell'intera forza che agisce sull'oggetto, si tiene conto dei suoi valori di grandezza e direzione, per cui sommando si ottiene la forza risultante.

Domande frequenti

Perché una forza in equilibrio è nulla?

In questa condizione esistono due forze uguali e contrarie che si equilibrano e l'accelerazione diventa zero.

La parola equilibrio significa semplicemente equilibrio. Affinché un sistema sia in equilibrio, deve esserci un equilibrio di tutte le forze nel sistema e la forza netta diventa zero.

Quando una forza netta diventa zero in un sistema di equilibrio?

La forza netta in un sistema diventa zero quando tutte le forze agenti nel sistema sono bilanciate e quando l'accelerazione diventa zero.

Questo processo si verifica quando tutte le forze in un sistema sono bilanciate da tutte le direzioni. Essendo l'accelerazione zero, anche la coppia che agisce in un sistema rotante diventa zero.

La coppia diventa zero se la forza netta è zero?

      La coppia è un prodotto incrociato di distanza e forza, quindi quando la forza netta è zero, la coppia sarà zero.

Se lo spostamento appare subito dopo aver applicato la forza, la coppia sarà maggiore della forza. Se lo spostamento manca anche dopo l'applicazione della forza, la forza sarà pari a zero così come la coppia.

Cos'è l'equilibrio dinamico?

    L'equilibrio dinamico è lo stato di un sistema con moto e forza netta non uguali a zero.

L'equilibrio dinamico differisce da quello statico perché dinamico significa che il corpo è in movimento con velocità e accelerazione variabili. La variazione costante della velocità di accelerazione e della coppia (nei sistemi rotanti), è l'equilibrio dinamico.

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