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機械・工学・安定性と制御

重心と転倒

もし、物体重心を通る力の作用線が、支持領域の外にある場合、傾倒トルクが発生する。

関連する実験:重心と転倒 →
重心と転倒
重心と転倒の実験画面 →

概念と仕組み

重心とは、すべての作用する重力力を一つの点として合計される位置を指します。 支持面積とは、それが地面に接する点の集まりによって作られる領域を指します。

物体を傾けると、重力の作用線は支え面の縁に近づきます。もしこの縁を超えると、落下方向の回転モーメントが発生する可能性があります。

関係式と成立条件

実験モデルにおいて、剛体を使用する場合、tanθc=(b/2−offset)/hcg の値が用いられます。より広い支持と、より低い重心は、転倒に対する安全性を高めます。

この評価は、材料が準弾性であるかどうか、および定義された接触条件が満たされているかどうかを評価するものです。もし、すべり、衝撃、変形、または移動する内部質量がある場合、実際の挙動は異なります。

仮想実験で読み取る変化

重心の鉛直投影が支持面を外れると転倒します。

滑らない剛体ブロックです。転倒後の回転は状態を示す補間で衝突解析ではありません。重い実物を傾けないでください。

重要な関係式と記号

tan θc = (b/2 − offset)/hcg

式で使う記号と単位
記号意味単位
b支持幅m
hcg重心の高さm
offset中央からずれた水平位置m

例で確かめる

転倒の判定基準は?

重力の鉛直線と支持面 · 重心の鉛直投影が支持面を外れると転倒します。

よくある誤解

  • 重心が高であるという事実だけでは、範囲と支持の位置を考慮せず、安定性を判断することはできません。

この概念を実験で確かめる

参考資料

OpenStax · University Physics Volume 1(英語)