متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها؟

متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها؟، هو من أكثر الأسئلة التي يبحث العديد من الطلاب في مختلف المراحل الدراسية عن إجابة له، فهو يعتبر من أهم الأسئلة في درس التوازن الدوراني في مادة الفيزياء، ولا بد لتحقيق هذا الاتزان من توفر بعض الشروط التي سنوضحها لكم في هذا المقال.

ما هو الاتزان الدوراني؟

• قبل أن نعرف متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها فلا بد في البداية من معرفة معنى الاتزان الدوراني، حيث أن الاتزان بشكل عام هو عبارة عن حالة السكون أو الاستقرار أو الاعتدال أو الحركة المنتظمة للأجسام الصلبة.
• ويحدث هذا الاتزان للأجسام في جميع الحركات سواء الانتقالية منها أو الدورانية، فمثلاً عندما نقول كلمة اتزان فأول ما يخطر في بالنا هو كفتي الميزان عندما يكونان في حالة الاعتدال، ولكن الاتزان بمفهومه العام يكون أوسع وأشمل من ذلك بكثير.
• حيث أن الاتزان يمكن أن يحدث لجميع الأجسام ولكنه يختلف باختلافها، ولا يحدث هذا الاتزان إلا عند تحقق بعض الشروط الفيزيائية وتوفرها وأهمها ألا تتواجد أي قوة خارجية تؤثر على هذا الجسم وتجعله يتحرك وفقاً لتأثيرها المطبق عليه.
• والاتزان الدوراني هو من أهم أنواع الاتزان والذي يتواجد في الكثير من الأمثلة في حياتنا اليومية، حيث يحدث للأجسام التي تتحرك وفق الحركة الدورانية أي بوجود محور دوران تتحرك حوله.
• فيكون عندها هذا الاتزان يعني سكون الجسم وتوقفه عن الدوران أو دورانه بانتظام تام واستقراره.
• وإن الاتزان الدوراني يحدث بعد قيام الجسم بحركة دورانية خطية بسرعة منتظمة ثابتة ولكن اتجاهها متغير، حيث تعتمد هذه الحركة على ما يسمى بعزم القوة التي تؤثر على هذا الجسم لتجعله يدور حول محور الدوران الخاص به، كدوران الأرض حول الشمس أو حول نفسها.

اقرأ أيضًا من هنا: بحث عن الاتزان الكيميائي والديناميكي في الفيزياء

ما هي أنواع الاتزان الدوراني؟

1- الاتزان المستقر

• بعد أن أوضحنا لكم بالتفصيل ماهية الاتزان الدوراني؟، وقبل أن نجيب على السؤال الهام الذي يتمحور حوله موضوع مقالنا وهو متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها، فلا بد من أن نعرفكم على أنواع التوازن الدوراني الذي يعد من أهمها ما يسمى بالاتزان المستقر.
• وفي هذا النوع من الاتزان يقع محور الدوران الخاص بالجسم أعلى من مركز ثقله على نفس الحامل العمودي، فإذا ما تمت إزاحة الجسم قليلاً عن وضع اتزانه فإنه يعود إلى وضعه الأصلي مرة ثانية.
• أي أن الجسم المتزن دورانياً باتزان مستقر إذا ما أثرت عليه قوة خارجية وسببت له إزاحة عن وضع اتزانه، فإن هذه الإزاحة والتأثير مؤقتين وسرعان ما يعود هذا الجسم ثانية إلى وضع اتزانه المستقر الذي كان عليه، مثل رفع طرف كتاب موضوع على طاولة وتركه.

2- الاتزان القلق

• أما النوع الثاني من أنواع الاتزان الدوراني فهو الاتزان القلق أو كما يسمى أيضاً بالاتزان غير المستقر، ومن اسمه يتضح لنا أنه ليس اتزاناً ثابتاً وأنه قابل للتغير فوراً.
• وفي هذا النوع من الاتزان يقع محور دوران الجسم أسفل مركز الثقل الخاص به على نفس الحامل العمودي.
• فإذا ما تمت إزاحة هذا الجسم قليلاً عن وضع اتزانه فإنه لا يستطيع العودة له مرة ثانية.
• أي أن الجسم المتزن بشكل قلق إذا ما أثرت عليه قوة خارجية لإبعاده عن وضع توازنه فإنه يتأثر بها بشدة ويفقد اتزانه ولا يعود إليه بعد زوال تأثير هذه القوة المطبقة عليه، مثل دفع كرسي نحو الخلف وإيقاعها.

3- الاتزان المطلق

• وهذا النوع الأخير من أنواع الاتزان الدوراني يعتبر من أشهرها وأكثرها تواجداً في حياتنا اليومية، ويسمى أيضاً بالاتزان المتعادل أو الاتزان المحايد، ويكون في هذا النوع من الاتزان محور دوران الجسم منطبقاً على مركز الثقل الخاص به.
• وإذا تمت إزاحة الجسم قليلاً عن وضع توازنه هذا فإنه يتزن مرة ثانية ولكن في الوضع الجديد الذي تحول له، فهو يعتبر ما بين النوعين السابقين، حيث أنه لا يعود لاتزانه السابق ولكنه يتزن في وضع جديد.
• وبهذا فعند تعرض الجسم المتزن دورانياً باتزان مطلق لتأثير قوة خارجية، فإنه يتأثر بها ويفقد اتزانه الأول ولكنه يكتسب اتزاناً في وضعه الجديد.
• وهذا ما يجعله قابلاً للتأقلم والاتزان في أي وضع جديد، مثل اتزان أسطوانة على الطاولة وعند دفعها تفقد اتزانها الأول ولكنها تكتسب وضع اتزان جديد.

شروط الاتزان الدوراني

• من المهم جداً للإجابة على سؤال متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها أن نعرف ما هي الشروط التي تحقق الاتزان للأجسام والتي سنذكرها لكم فيما يلي.
• يجب أن تكون القوى التي تؤثر على الجسم كلها في اتجاه واحد والجسم في الاتجاه الثاني، حتى تلغي هذه القوى تأثير بعضها البعض.
• يجب أن تتحرك القوى التي تؤثر على هذا الجسم بشكل خطوط مستقيمة في نفس المنحى.
• وعند تحقق الشرطين السابقين فإن الجسم يصبح في حالة اتزان دوراني حول محور الدوران أو حول جسم آخر، ولكن اختلال أحد هذين الشرطين يجعل الجسم يدور حول نفسه.

كما يمكنكم التعرف على: بحث وصف الحركة الدورانية فيزياء ثاني ثانوي

متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها؟

• وصلنا الآن إلى النقطة الأهم في مقالنا هذا والتي سنجيب فيها عن سؤال متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها بعد أن أوضحنا لكم كل ما يتعلق بهذا الاتزان حتى تترسخ المعلومة في أذهانكم بشكل متسلسل وسهل.
• وبكل بساطة حتى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني فلا بد من توافر وتحقق حالتين فيزيائيتين أولهما أن تكون محصلة أو مجموع تلك القوى التي تؤثر على هذا الجسم معدومة، وثانيهما أن يكون مجموع عزوم الدوران المؤثرة على هذا الجسم أيضاً معدوماً.
• وينتج هذا الاتزان عن إلغاء القوى والعزوم المؤثرة على الجسم لتأثير بعضها البعض بحيث تصبح محصلة تأثيرها معدومة فيتزن هذا الجسم اتزاناً دورانياً.
• وهناك حالة فيزيائية ثالثة يؤدي توفرها إلى الاتزان الدوراني للجسم وهي أن يقع مركز كتلة الجسم فوق قاعدته، أما إذا كان العكس فيحدث دوران للجسم وينقلب بدون تأثير أي عزم خارجي عليه.
• وقانون الاتزان الدوراني بسيط جداً وهو العزم= (القوةx المسافة xجاهـ)، وتمثل المسافة البعد بين مركز كتلة الجسم والمحور، والزاوية هـ الواقعة بين المسافة والقوة.

كيفية تحديد مركز كتلة الجسم المتزن دورانياً

بعد أن أوضحنا لكم متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها فقد تبين لنا أن موقع مركز كتلة الجسم بالنسبة لقاعدته أو بالنسبة لمحور الدوران قد يكون له تأثير كبير في حدوث الاتزان الدوراني وفي تعيين نوع هذا التوازن أيضاً.

ولتحديد مركز كتلة أي جسم يجب أن نقوم بالخطوات التالية:

1. يجب تعليق هذا الجسم المراد معرفة مركز كتلته، ومن ثم نتركه في حالة تأرجح حتى يتوقف عن الحركة بشكل كامل.
2. وبعد توقفه عن الحركة نقوم برسم خط شاقولي بدءاً من النقطة التي علقناه بها.
3. ثم نقوم بإعادة تعليق هذا الجيم في نقطة ثانية ونتركه يتأرجح إلى أن تتوقف حركته بشكل كامل.
4. نعيد رسم خط شاقولي جديد بدءاً من نقطة التعليق الثانية الجديدة.
5. وبعد رسم الخط الشاقولي الثاني فإنه سيتقاطع مع الخط الشاقولي الأول في نقطة، وهذه النقطة تكون هي مركز كتلة هذا الجسم.
6. وبالنسبة للأجسام الصلبة فإن مركز كتلتها يكون ثابتاً في موقعه دائماً، أما الأجسام المرنة فإن موضع مركز كتلتها يتغير باستمرار.

كما أدعوك للتعرف على: بحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء

وهكذا نصل إلى ختام مقالنا الذي أجبنا فيه عن السؤال الفيزيائي الهام متى يكون الجسم في حالة اتزان دوراني وقانونها، وأوضحنا لكم ما هو الاتزان الدوراني وأنواعه وشروطه وقانونه، وكيفية تحديد مركز كتلة الجسم المتزن، نتمنى أن يكون هذا المقال مفيداً لكم.