สมดุลต่อการเคลื่อนที่ (static equilibrium) หมายถึง วัตถุที่รักษาสภาพการเคลื่อนที่ให้คงเดิม หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งคือ วัตถุอยู่นิ่ง หรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ สมดุลต่อการเคลื่อนที่สามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อผลรวมของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับศูนย์ (SF = 0)
เงื่อนไขสมดุลต่อการเคลื่อนที่
วัตถุจะอยู่ในสภาพสมดุลต่อการเคลื่อนที่ได้ก็ต่อเมื่อผลรวมของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับศูนย์ (SF = 0)
แรงลัพธ์ คือ ผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
ตัวอย่างสมดุลต่อการเคลื่อนที่
- สมุดวางอยู่บนโต๊ะ
- ลังวางบนพื้นเอียง
- เด็กยืนอยู่บนพื้น
การประยุกต์ใช้สมดุลต่อการเคลื่อนที่
สมดุลต่อการเคลื่อนที่มีประโยชน์ในชีวิตประจำวันและในงานวิศวกรรม เช่น
- การออกแบบเครื่องจักรและโครงสร้าง เพื่อให้เครื่องจักรและโครงสร้างมีความแข็งแรงและทนทาน
- การออกแบบอาคารและสะพาน เพื่อให้อาคารและสะพานสามารถมั่นคง
- การออกแบบอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อให้อุปกรณ์ต่างๆ สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สรุป
สมดุลต่อการเคลื่อนที่เป็นแนวคิดพื้นฐานที่สำคัญในวิชาฟิสิกส์ ช่วยให้เราสามารถเข้าใจและอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุได้อย่างถูกต้อง สมดุลต่อการเคลื่อนที่มีประโยชน์ในชีวิตประจำวันและในงานวิศวกรรมมากมาย
ตัวอย่างโจทย์สมดุลต่อการเคลื่อนที่
- วัตถุที่มีน้ำหนัก 10 นิวตันวางอยู่บนโต๊ะ แรงเสียดทานระหว่างวัตถุกับโต๊ะมีค่า 2 นิวตัน แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่าใด
คำตอบ
แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่า 10 - 2 = 8 นิวตัน
โจทย์เพิ่มเติม
- ลังไม้ที่มีน้ำหนัก 100 กิโลกรัมวางอยู่บนพื้นเอียง มุมเอียงของพื้น 30 องศา แรงโน้มถ่วงกระทำต่อลังไม้มีค่า 980 นิวตัน แรงเสียดทานระหว่างลังไม้กับพื้นมีค่า 200 นิวตัน แรงลัพธ์ที่กระทำต่อลังไม้มีค่าเท่าใด
คำตอบ
แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อลังไม้ในแนวขนานกับพื้นมีค่า 980 * cos(30) = 650 นิวตัน
แรงลัพธ์ที่กระทำต่อลังไม้มีค่า 650 - 200 = 450 นิวตัน
เทคนิคการแก้ปัญหา
- แยกแรงออกตามทิศทางต่างๆ
- คำนวณหาผลรวมของแรงในแต่ละทิศทาง
- ตรวจสอบผลรวมของแรงในแต่ละทิศทาง ว่ามีค่าเท่ากับศูนย์หรือไม่