Vì sao cùng cân bằng mà vật ở đáy bát ổn định hơn vật ở đỉnh vòm?

Giải thích nguyên lý

Hợp lực bằng 0 ở đúng vị trí chưa cho biết sau một xê dịch nhỏ vật sẽ quay về hay đi xa thêm. Với trọng lực và mặt đỡ nhẵn, có thể xem độ cao tâm thay đổi thế nào: lệch khỏi đáy bát làm thế năng tăng, còn lệch khỏi đỉnh vòm làm thế năng giảm. Xu hướng chuyển động sau đó khác nhau, nên cần phân biệt cân bằng bền với cân bằng không bền.

Ví dụ tính từng bước

Trong hai mô hình chất điểm 1 kg, g = 10 m/s² và cung bán kính 0,50 m, lệch góc 10° so vị trí đáy hoặc đỉnh tạo độ đổi độ cao 0,50(1 − cos10°) ≈ 0,00760 m. Ở bát, thế năng tăng khoảng 0,0760 J; ở vòm, thế năng giảm cùng độ lớn. Thả từ nghỉ gần đáy có xu hướng đi về đáy, gần đỉnh có xu hướng đi xa đỉnh.

Điểm dễ hiểu sai

Cân bằng bền không có nghĩa vật tự dừng ngay ở đáy nếu không có hao phí; nó có thể tiếp tục chuyển động qua lại. Không dùng tổng lực ở một vị trí để kết luận mọi vị trí gần đó.

Tự kiểm tra

Ở đúng đáy và đúng đỉnh, trọng lực và phản lực có thể cân bằng trong trạng thái nghỉ, dù tính ổn định khác nhau.

Điều kiện áp dụng

Bề mặt cố định nhẵn, vật coi điểm và còn tiếp xúc ở lân cận, không cần công thức dao động; chỉ xét xê dịch nhỏ.

Đọc hình minh họa

Hai cung lõm và lồi với điểm cân bằng, vị trí lệch 10° và thay đổi độ cao; chiều xu hướng trở về hoặc rời xa được vẽ đúng. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Công của lực bằng Fs cos alpha khi nào Định lí động năng liên hệ tổng công ra sao