tyngdepunkt - fysikk

Tyngdepunkt er det punktet der et legeme kan balansere i likevekt hvis det befinner seg i et tyngdefelt.

I virkeligheten virker tyngdekraften på hver eneste liten del av en gjenstand, og tyngden av gjenstanden er summen av alle disse småkreftene. Denne summen av krefter har samme virkning på gjenstandens bevegelse som det ville hatt dersom en like stor kraft hadde virket i gjenstandens tyngdepunkt. Nå man skal beregne et legemes translatoriske bevegelse (bevegelsen langs en bane, det vil si bevegelsen som ikke har med rotasjon å gjøre) kan man altså erstatte et legeme med en partikkel med samme tyngde som legemet plassert i legemets tyngdepunkt.

Det er ofte nyttig å ha kjennskap til hvor en konstruksjons tyngdepunkt er, for eksempel i sammenheng med konstruksjoner av bygninger og broer.

Tyngdepunkt og massesenter

I et uniformt (homogent, jevnt) gravitasjonsfelt faller tyngdepunktet til et legeme sammen med dets massesenter. Men i et inhomogent felt faller de ikke sammen. For eksempel er Månens tyngdepunkt litt nærmere Jorda enn dens massesenter fordi jordas gravitasjonsfelt er litt sterkere på den siden av månen som vender mot jorda enn på motsatt side.

I et legeme med samme tetthet overalt, vil massesenteret falle sammen med legemets geometriske sentrum, barysenteret. Posisjonen til massesenteret avhenger av legemets fasong og tetthetsfordeling, men er uavhengig av egenskapene til tyngdefeltet legemet befinner seg i. Tyngdepunktets posisjon avhenger også av tyngdefeltets egenskaper.

Tyngdepunkt og stabilitet

En boks vipper om en kant som virker som en rotasjonsakse. Tyngden tenkes å angripe i boksens tyngdepunkt, A. Hvis tyngden peker mot rotasjonsaksen er likevekten labil (venstre tegning). Hvis tyngden har et kraftmoment om aksen som dreier boksen mot likevektposisjonen, er likevekten stabil. Lavt tyngdepunkt (midtre tegning) og stort kontaktareal mot underlaget (høyre tegning) gir stabilitet.

Figuren viser to båter; til venstre en med lavt tyngdepunkt og til høyre en båt med høyt tyngdepunkt. Tyngden, G, tenkes å virke i båtens tyngdepunkt, A, og oppdriften, F, tenkes å virke i oppdriftpunktet, B. Lavt tyngdepunkt gir stabilitet.

Eksempel med legeme som vipper

La oss se på et legeme som vipper som vist i figuren. Aksen det vipper om er kontaktpunktet med underlaget nederst til høyre. Vi tenker oss at tyngden virker i legemets tyngdepunkt, A. Dersom tyngden har et kraftmoment som får legemet til å dreie bort fra likevektposisjonen er likevekten ustabil, og dreier det mot likevektposisjonen er likevekten stabil.

I venstre tegning peker tyngden rett mot aksen. Da kalles likevekten labil. Dersom legemet for eksempel er en boks, og det fylles sand i så den for eksempel er kvart full (midtre tegning), vil tyngdepunktet komme lavere og likevekten blir stabil med helningsvinkelen på tegningen. Lavere tyngdepunkt gir økende stabilitet. En bredere boks vil flytte tyngdepunktet slik at tyngden dreier legemet mot likevektposisjonen (høyre tegning). Da blir det også stabil likevekt. Lavere tyngdepunkt og større kontaktflate mot bakken gir bedre stabilitet.

Eksempel med stabilitet til en båt

Tyngdepunkt er også viktig for stabiliteten av en båt. Båten påvirkes av tyngdekraften, G, og en like stor oppdrift, F. Vi tenker oss at tyngdekraften virker i tyngdepunktet, A, og oppdriften i et punkt, B, kalt oppdriftpunktet. Hvis tyngden og oppdriften tilsammen har et kraftmoment som dreier båten mot likevektposisjonen, er likevekten stabil, i motsatt fall ustabil. I figuren er det til venstre vist en båt med lavt tyngdepunkt og til høyre en med høyt tyngdepunkt. Båten med lavt tyngdepunkt er stabil og den med høyt tyngdepunkt ustabil. Se også metasenter.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg