Άρθρο σχετικά με τους τύπους ισορροπίας του άκαμπτο σώμα
Δεν ακινητοποιούνται πάντα όλα τα πράγματα που βρίσκουμε στην καθημερινή ζωή. Ίσως στην αρχή το αντικείμενο να ακινητοποιείται, αλλά αν μετακινηθεί (για παράδειγμα από τον άνεμο) τα αντικείμενα μπορούν να κινηθούν. Το πρόβλημα είναι αν μετά την κίνηση, τα αντικείμενα επιστρέφουν στην αρχική τους θέση ή όχι. Αυτό εξαρτάται από τον τύπο ισορροπίας του αντικειμένου. Μετά την κίνηση, θα υπάρχουν τρεις πιθανότητες, δηλαδή:
(1) το αντικείμενο επιστρέφει στην αρχική του θέση,
(2) το αντικείμενο απομακρύνεται από την αρχική του θέση,
(3) το αντικείμενο παραμένει στη νέα του θέση.
Εάν, αφού μετακινηθεί το αντικείμενο πίσω στην αρχική του θέση, βρίσκεται σε σταθερή ισορροπία. Εάν, αφού κινηθεί, το αντικείμενο κινηθεί ακόμη περισσότερο, τότε βρίσκεται σε ασταθή ισορροπία. Αντίθετα, εάν, αφού κινηθεί, το αντικείμενο παραμείνει στη νέα του θέση, τότε βρίσκεται σε ουδέτερη ισορροπία.
1. Σταθερή ισορροπία
Ένα αντικείμενο που αρχικά ακουμπά, αν σε αυτό ασκηθεί δύναμη ή ροπή (υπάρχει συνισταμένη δύναμη ή συνισταμένη ροπή δύναμης), τότε το αντικείμενο θα κινηθεί. Η ισορροπία είναι σταθερή αν, μετά την κίνηση, το αντικείμενο επιστρέψει στην αρχική του θέση. Τα κινούμενα αντικείμενα επιστρέφουν στην αρχική τους θέση λόγω της συνισταμένης δύναμης ή της συνισταμένης ροπής δύναμης που εμφανίζεται μετά την κίνηση του αντικειμένου.
Παράδειγμα 1. Ένα αντικείμενο κρέμεται από ένα σχοινί σε ένα προστατευτικό. Αρχικά, το αντικείμενο ακινητοποιείται. Αφού σπρωχτεί, το αντικείμενο κινείται και επιστρέφει στην αρχική του θέση. Το βάρος του αντικειμένου βρίσκεται στο κέντρο του αντικειμένου, ενώ το σημείο στήριξης βρίσκεται μεταξύ του σχοινιού και της στήριξης. Τα κινούμενα αντικείμενα επιστρέφουν στην αρχική τους θέση λόγω της προκύπτουσας βαρύτητας στην οριζόντια κατεύθυνση (wx). Η τάση του σχοινιού (T) και η συνιστώσα της βαρύτητας στην κατακόρυφη κατεύθυνση (wy) εξαλείφονται η μία από την άλλη επειδή αυτές οι δύο δυνάμεις έχουν το ίδιο μέγεθος αλλά αντίθετη κατεύθυνση.
Παράδειγμα 2. Το αντικείμενο στην κοιλάδα. Αρχικά, το αντικείμενο ακινητοποιείται. Αφού μετακινηθεί, το αντικείμενο κινείται δεξιά και αριστερά και στη συνέχεια επιστρέφει στην αρχική του θέση. Η μπάλα κινείται για να επιστρέψει στην αρχική της θέση λόγω της συνισταμένης βαρύτητας στην οριζόντια κατεύθυνση (wx). Η συνιστώσα βαρύτητας στην κατακόρυφη κατεύθυνση (wy) και η κάθετη δύναμη (N) εξαλείφονται η μία την άλλη επειδή οι δύο δυνάμεις έχουν το ίδιο μέγεθος, αλλά η κατεύθυνση είναι αντίθετη.
Παράδειγμα 3. Αρχικά, το αντικείμενο ακινητοποιείται. Το κέντρο βάρους είναι το κέντρο του αντικειμένου και το σημείο στήριξης βρίσκεται στη βάση του αντικειμένου σε επαφή με το επίπεδο επίπεδο. Αφού κινηθεί προς τα δεξιά, το αντικείμενο ανυψώνεται προς τα δεξιά. Εάν η θέση του κέντρου βάρους εξακολουθεί να είναι αριστερά από το υπομόχλιο, τότε το αντικείμενο μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του θέση. Το αντικείμενο μπορεί να κινηθεί πίσω στην αρχική του θέση λόγω της συνισταμένης ροπής δύναμης που παράγεται από τη βαρύτητα. Σε αυτήν την περίπτωση, το σημείο στήριξης λειτουργεί ως άξονας περιστροφής. Αντίστροφα, εάν το αντικείμενο μετακινηθεί προς τα αριστερά, τότε το αντικείμενο ανυψωμένο προς τα αριστερά. Εάν η θέση του κέντρου βάρους εξακολουθεί να είναι δεξιά από το σημείο στήριξης, το αντικείμενο μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του θέση.
Για περιπτώσεις όπως το παράδειγμα 3, τα αντικείμενα εξακολουθούν να βρίσκονται σε σταθερή ισορροπία εάν, μετά την ανύψωσή τους, το κέντρο βάρους του αντικειμένου δεν διέρχεται από το σημείο στήριξης. Εάν, μετά την ανύψωσή τους προς τα δεξιά, το κέντρο βάρους περάσει το σημείο στήριξης, το αντικείμενο απομακρύνεται από την αρχική του θέση. Αυτό είναι ένα παράδειγμα ασταθούς ισορροπίας.
2. Ασταθής ισορροπία
Η ισορροπία είναι ασταθής εάν το αντικείμενο είναι αρχικά ακίνητο λόγω της συνισταμένης δύναμης ή της συνισταμένης ροπής της δύναμης που ασκείται στο αντικείμενο. Μετά την κίνηση, το αντικείμενο δεν επιστρέφει στην αρχική του θέση, αλλά απομακρύνεται από την αρχική του θέση.
Παράδειγμα 1. Ένα αρχικά ακίνητο αντικείμενο λόγω παρεμβολής. Μετά την κίνηση, το αντικείμενο συνεχίζει να απομακρύνεται από τη θέση του. Το αντικείμενο απομακρύνεται από την αρχική του θέση επειδή μετά την κίνηση, η θέση του κέντρου βάρους είναι δεξιά από το σημείο στήριξης. Όταν το κέντρο βάρους είναι δεξιά από το σημείο στήριξης, προκύπτει η συνισταμένη ροπή δύναμης, η οποία απομακρύνει το αντικείμενο από την αρχική του θέση.
Παράδειγμα 2. Το αντικείμενο βρίσκεται αρχικά πάνω από την κορυφή.
Αφού μετακινηθεί, το αντικείμενο συνεχίζει να απομακρύνεται
από την αρχική του θέση. Το αντικείμενο απομακρύνεται από την αρχική του θέση λόγω της παρουσίας βαρυτικών συνιστωσών στην οριζόντια κατεύθυνση (w x ).
3. Ουδέτερη ισορροπία
Ουδέτερη ισορροπία εάν, μετά από κίνηση λόγω παρεμβολής, το αντικείμενο παραμένει στη νέα του θέση. Τα αντικείμενα δεν επιστρέφουν στην αρχική τους θέση και τα αντικείμενα δεν απομακρύνονται από την αρχική τους θέση.
Παράδειγμα 1: Μια μπάλα αρχικά ακουμπάει σε ένα επίπεδο επίπεδο και κινείται. Αφού σταματήσει να κινείται, η μπάλα παραμένει στη νέα της θέση. Η μπάλα δεν επιστρέφει στην αρχική της θέση ή δεν απομακρύνεται από την αρχική της θέση.
Με βάση την παραπάνω εξήγηση, μπορεί να συναχθεί το εξής συμπέρασμα:
Καταρχάς, εάν το κέντρο βάρους του αντικειμένου βρίσκεται κάτω από το σημείο στήριξης, το αντικείμενο βρίσκεται σε σταθερή ισορροπία. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο κρέμεται από ένα σχοινί σε ένα προστατευτικό πλαίσιο.
Δεύτερον, αν το κέντρο βάρους ενός αντικειμένου βρίσκεται πάνω από το σημείο στήριξης, η ισορροπία του αντικειμένου είναι σχετική. Τα αντικείμενα μπορεί να είναι σταθερά, αλλά και ασταθή.
Τρίτον, η ισορροπία των αντικειμένων εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθός τους. Τα φαρδύτερα αντικείμενα είναι πιο σταθερά από τα μη φαρδιά αντικείμενα.
Τέταρτον, η ισορροπία των αντικειμένων εξαρτάται από την απόσταση του κέντρου βάρους από το σημείο στήριξης.
Εάν το κέντρο βάρους βρίσκεται μακριά από το σημείο στήριξης, τότε το αντικείμενο βρίσκεται σε ασταθή ισορροπία. Αντίθετα, εάν το κέντρο βάρους βρίσκεται κοντά στο σημείο στήριξης, τότε η ισορροπία είναι ασταθής.
