ليست كل الأشياء التي نصادفها في حياتنا اليومية ساكنة دائمًا. قد يكون الجسم ساكنًا في البداية، ولكن إذا تم تحريكه، فإنه يتحرك. والسؤال هو ما إذا كان سيعود إلى موضعه الأصلي بعد الحركة أم لا. وهذا يعتمد على نوع الحركة. أنواع توازن الأشياء هذا هو.
إذا تعرض جسم ساكن لاضطراب (أي قوة محصلة أو عزم قوة محصل يؤثر على الجسم)، فإنه سيتحرك. بعد الحركة، توجد ثلاثة احتمالات: (1) عودة الجسم إلى موضعه الأصلي، (2) ابتعاد الجسم عن موضعه الأصلي، (3) بقاء الجسم في موضعه الجديد. إذا عاد الجسم إلى موضعه الأصلي بعد الحركة، فإنه يكون في حالة حركة. توازن مستقرإذا تحرك الجسم بعد تحريكه مسافة أبعد عن موضعه الأصلي، فإن الجسم يكون في حالة توازن غير مستقرمن ناحية أخرى، إذا بقي الجسم في موضعه الجديد بعد تحريكه، فإن الجسم يكون في توازن محايد.
توازن مستقر
إذا طُبقت على جسم ساكن قوة أو عزم دوران بحيث تُحدث قوة محصلة أو عزم دوران محصل يُحركه، فإن الجسم سيتحرك. ويكون الجسم في حالة اتزان مستقر إذا عاد بعد حركته إلى موضعه الأصلي. ويعود الجسم إلى موضعه الأصلي نتيجةً لوجود قوة محصلة أو عزم دوران محصل.
مثال 1 :
جسم معلق بخيط من دعامة. في البداية، يكون الجسم ساكنًا. بعد دفعه، يتحرك الجسم ثم يعود إلى موضعه الأصلي. يقع مركز ثقل الجسم في منتصفه، بينما تقع نقطة الارتكاز بين الخيط والدعامة.
يعود الجسم إلى موضعه الأصلي بسبب قوة الجاذبية المحصلة في الاتجاه الأفقي (w).s). قوة شد الحبل (T) ومركبة قوة الجاذبية في الاتجاه الرأسي (wyتلغي هذه القوى بعضها البعض لأن لها نفس المقدار واتجاهين متعاكسين.
مثال 2 :
يوجد الجسم في وادٍ. في البداية، يكون الجسم ساكنًا. بعد تحريكه، يتحرك الجسم يمينًا ويسارًا ثم يعود إلى موضعه الأصلي. يعود الجسم إلى موضعه الأصلي بسبب وجود قوة جاذبية محصلة في الاتجاه الأفقي (w).xمركبة الجاذبية في الاتجاه الرأسي (wy) والقوة العمودية (N) تلغي بعضها البعض لأن هاتين القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه.
مثال 3 :
في البداية، يكون الجسم ساكنًا. يقع مركز ثقله في منتصفه، وتقع نقطة ارتكازه عند قاعدته الملامسة للسطح المستوي. بعد تحريكه إلى اليمين، يرتفع الجسم إلى اليمين. إذا بقي مركز ثقله على يسار نقطة الارتكاز، فسيعود الجسم إلى موضعه الأصلي بفعل عزم الجاذبية. في هذه الحالة، تعمل نقطة الارتكاز كمحور دوران.
وعلى العكس، إذا تم تحريك الجسم إلى اليسار، فسيتم رفعه إلى اليسار. إذا كان الموضع مركز الثقل إذا بقي الجسم على يمين نقطة الارتكاز، فإنه يستطيع العودة إلى موضعه الأصلي. في مسائل مثل المثال 3، يكون الجسم في حالة اتزان مستقر إذا لم يمر مركز ثقله بنقطة الارتكاز بعد رفعه إلى اليمين. أما إذا مر مركز ثقله بنقطة الارتكاز بعد رفعه إلى اليمين، فإن الجسم يستمر في الابتعاد عن موضعه الأصلي. في مثل هذه المسائل، يكون الجسم في حالة اتزان غير مستقر.
توازن غير مستقر
يكون الجسم في حالة اتزان غير مستقر إذا كان ساكناً في البداية، ثم تحرك نتيجةً لمحصلة القوى أو محصلة عزم القوى المؤثرة عليه. وبعد الحركة، لا يعود الجسم إلى موضعه الأصلي، بل يبتعد عنه.
مثال 1.
يكون الجسم ساكنًا في البداية، ثم يتحرك نتيجةً لتأثير خارجي (قوة محصلة أو عزم دوران محصل يؤثر عليه). بعد الحركة، يستمر الجسم في الابتعاد عن موضعه الأصلي. ويعود سبب ابتعاده عن موضعه الأصلي إلى أن مركز ثقله يقع على يمين نقطة الارتكاز. وعندما يقع مركز الثقل على يمين نقطة الارتكاز، يتولد عزم دوران محصل يدفع الجسم بعيدًا عن موضعه الأصلي.
مثال 2.
كان الجسم في البداية ساكنًا على القمة. بعد تحريكه، استمر الجسم في الابتعاد عن موضعه الأصلي. ويعود سبب ابتعاد الجسم عن موضعه الأصلي إلى وجود مركبة للجاذبية في الاتجاه الأفقي (w).x).
توازن محايد
يكون الجسم في حالة اتزان محايد إذا بقي في موضعه الجديد بعد تحريكه بفعل اضطراب. لا يعود الجسم إلى موضعه الأصلي، ولا يتحرك بعيدًا عنه.
مثال 1.
تتحرك كرة كانت ساكنة في البداية على سطح مستوٍ نتيجةً لاضطراب. وبعد توقفها، تبقى الكرة في موضعها الجديد. فهي لا تعود إلى موضعها الأصلي ولا تبتعد عنه أكثر.
استنتاج
بناءً على الشرح أعلاه، يمكن استخلاص النقاط التالية.
أولاإذا كان مركز ثقل الجسم أسفل نقطة الارتكاز، فسيكون الجسم دائمًا في حالة توازن مستقر. على سبيل المثال، جسم معلق بحبل على دعامة.
في المرتبة الثانيةإذا كان مركز ثقل الجسم أعلى من نقطة الارتكاز، فإن توازن الجسم نسبي. يمكن أن يكون الجسم في حالة توازن مستقر، أو قد يكون غير مستقر.
كيتيجايعتمد توازن الجسم أيضاً على شكله وحجمه. فالأجسام الأعرض والأقصر طولاً تكون أكثر استقراراً من الأجسام الأقل عرضاً وطولاً.
رابعايعتمد توازن الجسم على بُعد مركز ثقله عن نقطة ارتكازه. فإذا كان مركز الثقل بعيدًا عن نقطة الارتكاز، يميل الجسم إلى أن يكون في حالة توازن غير مستقر. وعلى العكس، إذا كان مركز الثقل قريبًا من نقطة الارتكاز، يميل الجسم إلى أن يكون في حالة توازن مستقر.
