สมดุลกลแบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้


1. สมดุลต่อการเคลื่อนที่ (Translation Equilibrium) หมายถึงสภาวะที่วัตถุอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เงื่อนไขคือ ผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุต้องมีค่าเท่ากับศูนย์

สูตรคำนวณ : ΣF = 0

2. สมดุลต่อการหมุน (Rotational Equilibrium) หมายถึงสภาวะที่วัตถุมีอัตราการหมุนคงที่ เงื่อนไขคือ ผลรวมของโมเมนต์ทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุต้องมีค่าเท่ากับศูนย์ โดยโมเมนต์ของแรง (M) คำนวณจาก M = F × L (แรงคูณกับระยะทางจากจุดหมุนไปตั้งฉากกับแนวแรง)

สูตรคำนวณ : ΣM = 0
หรือผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา
ΣMตาม = ΣMทวน

3. สมดุลสัมบูรณ์ (Absolute Equilibrium) หมายถึงสภาวะที่วัตถุอยู่นิ่งและไม่หมุน โดยต้องเป็นไปตามเงื่อนไขทั้งสองข้อคือ ผลรวมแรงภายนอกเป็นศูนย์ (ΣF = 0) และผลรวมโมเมนต์ภายนอกเป็นศูนย์ (ΣM = 0)

 

สมดุลต่อการเคลื่อนที่ (ΣF=0)

สมดุลต่อการเคลื่อนที่ สามารถแบ่งกรณีได้ดังนี้


1. กรณีมีแรง 2 แรงกระทำ : แรงทั้งสองต้องมีขนาดเท่ากัน ทิศทางตรงกันข้าม และอยู่บนแนวเส้นตรงเดียวกันผ่านศูนย์กลางมวลของวัตถุ
2. กรณีมีแรง 3 แรงกระทำ  

  • หากแนวแรงทั้ง 3 อยู่ในแนวเดียวกัน ผลรวมของขนาดแรงที่มีทิศตรงกันข้ามต้องมีค่าเท่ากัน
  • หากแนวแรงอยู่ในระนาบเดียวกันแต่ไม่ขนาน สภาพสมดุลจะเกิดขึ้นเมื่อ
    • แรงทั้ง 3 อยู่บนระนาบเดียวกัน
    • แนวแรงทั้ง 3 ต้องตัดกันที่จุดเดียวกัน
    • ผลรวมของแรงทั้ง 3 เป็นศูนย์
    • ผลรวมของโมเมนต์ของแรงทั้ง 3 เป็นศูนย์

3. กรณีมีมากกว่า 3 แรงกระทำ : ถ้านำเวกเตอร์แทนแรงเหล่านั้นมารวมกันด้วยวิธีต่อหัวเข้าหางตามลำดับ จะได้เป็นรูปหลายเหลี่ยมปิด ซึ่งหมายความว่าผลรวมของแรงทั้งหมดเป็นศูนย์

สรุปคือ เพื่อให้วัตถุมีสมดุลต่อการเคลื่อนที่ ผลรวมของแรงภายนอกทุกแรงที่กระทำต่อวัตถุต้องหักล้างกันจนเหลือเป็นศูนย์ และกรณีที่มีมากกว่า 2 แรง โมเมนต์รวมต้องเป็นศูนย์ด้วย

ขั้นตอนการแก้โจทย์สมดุลกล เรื่องสมดุลต่อการเคลื่อนที่

1. วาดรูปสถานการณ์และแสดงแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
2. แตกแรงแต่ละแรงออกเป็นองค์ประกอบในแนวแกนอ้างอิง ซึ่งอาจเป็นแกน x และ y หากเป็นระนาบ หรือเป็นแกนตามลักษณะของวัตถุหากเป็นกรณีอื่น

  • แกน x หมายถึงองค์ประกอบแรงในแนวซ้าย-ขวา
  • แกน y หมายถึงองค์ประกอบแรงในแนวขึ้น-ลง

3. รวมองค์ประกอบแรงในแต่ละแกนอ้างอิง โดยการรวมแรงในแนวเดียวกันให้ใช้ผลบวก แต่ถ้าแรงมีทิศตรงกันข้ามให้ใช้ผลลบ เงื่อนไขสมดุลคือผลรวมในแต่ละแกนต้องมีค่าเป็นศูนย์ ΣFx = 0 ΣFy = 0
4. คำนวณหาปริมาณที่โจทย์ถามโดยใช้เงื่อนไขที่ว่า ΣF = 0

สรุปคือ ต้องวิเคราะห์แรงทั้งหมดแยกเป็นองค์ประกอบในแนวแกนอ้างอิง จากนั้นรวมแรงในแต่ละแนวให้ได้ผลลัพธ์เป็นศูนย์ แล้วจึงคำนวณหาสิ่งที่โจทย์ต้องการต่อไป

ก่อนหน้าต่อไป