Článek o typech rovnováhy tuhé těleso
Ne všechny věci, které nacházíme v každodenním životě, vždy odpočívají. Možná objekt zpočátku odpočívá, ale pokud je pohnut (například větrem), objekty se mohou pohybovat. Problém je, zda se objekty po pohybu vrátí do své původní polohy, či nikoli. To závisí na typu rovnováhy objektu. Po pohybu budou existovat tři možnosti, a to:
(1) objekt se vrátí do své původní polohy,
(2) objekt se pohybuje směrem od své původní polohy,
(3) objekt zůstává ve své nové poloze.
Pokud se po návratu do původní polohy objekt nachází ve stabilní rovnováze. Pokud se po pohybu objekt posune ještě dále, pak se nachází v nestabilní rovnováze. Naopak, pokud po pohybu objekt zůstane ve své nové poloze, pak se nachází v neutrální rovnováze.
1. Stabilní rovnováha
Na těleso, které je zpočátku v klidu, pokud na něj působí síla nebo krouticí moment (existuje výsledná síla nebo výsledný moment síly), pak se těleso bude pohybovat. Rovnováha je stabilní, pokud se po pohybu těleso vrátí do své původní polohy. Pohybující se tělesa se vracejí do své původní polohy v důsledku výsledné síly nebo výsledného momentu síly, který se objeví po pohybu tělesa.
Příklad 1. Předmět je zavěšen na laně na nárazníku. Předmět nejprve v klidu. Po zatlačení se předmět pohne a vrátí se do své původní polohy. Hmotnost předmětu je ve středu předmětu, zatímco bod podpory je mezi lanem a podpěrou. Pohybující se předměty se vracejí do své původní polohy v důsledku výsledné gravitace v horizontálním směru (wx). Napětí lana (T) a složka gravitace ve vertikálním směru (wy) se vzájemně eliminují, protože tyto dvě síly mají stejnou velikost, ale opačný směr.
Příklad 2. Objekt v údolí. Zpočátku objekt stojí. Po pohybu se objekt pohybuje doprava a doleva a poté se vrací do své původní polohy. Míč se pohybuje tak, aby se vrátil do své původní polohy v důsledku výsledné gravitace v horizontálním směru (wx). Gravitační složka ve vertikálním směru (wy) a normálová síla (N) se vzájemně eliminují, protože obě síly mají stejnou velikost, ale směr je opačný.
Příklad 3. Objekt zpočátku klidu. Těžiště je středem objektu a bod opory je u základny objektu v kontaktu s plochou rovinou. Po pohybu doprava se objekt zvedne doprava. Pokud je poloha těžiště stále nalevo od bodu otáčení, pak se objekt stále může vrátit do své původní polohy. Objekt se může pohybovat zpět do své původní polohy v důsledku výsledného momentu síly generovaného gravitací. V tomto případě bod opory funguje jako osa otáčení. Naopak, pokud se objekt pohybuje doleva, pak se objekt zvednuto doleva. Pokud je poloha těžiště stále napravo od bodu podpory, může se předmět stále vrátit do své původní polohy.
V případech, jako je příklad 3, jsou objekty stále ve stabilní rovnováze, pokud po zvednutí těžiště objektu neprochází bodem podpory. Pokud po zvednutí doprava těžiště překročí bod podpory, objekt se pohybuje ze své původní polohy. Toto je příklad nestabilní rovnováhy.
2. Nestabilní rovnováha
Rovnováha je nestabilní, pokud je objekt zpočátku nehybný v důsledku výsledné síly nebo výsledného momentu síly působící na objekt. Po pohybu se objekt nevrátí do původní polohy, ale od své původní polohy se vzdálí.
Příklad 1. Zpočátku nehybný objekt v důsledku interference. Po pohybu se objekt dále vzdaluje od své polohy. Objekt se vzdaluje od své původní polohy, protože po pohybu je poloha těžiště napravo od opěrného bodu. Když je těžiště napravo od opěrného bodu, vzniká výsledný moment síly, který objekt odvrací od jeho původní polohy.
Příklad 2. Objekt je zpočátku nad vrcholem.
Po pohybu se objekt stále vzdaluje
z původní polohy. Objekt se pohybuje směrem od své původní polohy v důsledku přítomnosti gravitačních složek v horizontálním směru (w x ).
3. Neutrální rovnováha
Neutrální rovnováha, pokud po pohybu v důsledku interference objekt zůstane ve své nové poloze. Objekty se nevrací do své původní polohy a objekty se z původní polohy nepohybují.
Příklad 1: Míč zpočátku spočívá na rovné ploše, pohybuje se. Po zastavení pohybu zůstane míč ve své nové poloze. Míč se nevrátí do původní polohy ani se z původní polohy nepohne.
Na základě výše uvedeného vysvětlení lze dojít k závěru:
Zaprvé, pokud je těžiště objektu pod bodem podpory, objekt je ve stabilní rovnováze. Například objekt je zavěšen na laně na nárazníku.
Za druhé, pokud je těžiště objektu nad bodem podpory, je rovnováha objektu relativní. Objekty mohou být stabilní, ale také nestabilní.
Za třetí, rovnováha objektů závisí na tvaru a velikosti objektů. Širší objekty jsou stabilnější než objekty, které nejsou široké.
Za čtvrté, rovnováha objektů závisí na vzdálenosti těžiště od bodu podpory.
Pokud je těžiště daleko od bodu podpory, pak je objekt v nestabilní rovnováze. Naopak, pokud je těžiště blízko bodu podpory, pak je rovnováha nestabilní.
