Статья о типах равновесия жесткое тело
Не все предметы, которые мы встречаем в повседневной жизни, всегда находятся в состоянии покоя. Возможно, сначала предмет находится в покое, но если его сдвинуть с места (например, под действием ветра), предметы могут начать двигаться. Проблема в том, вернутся ли предметы после движения в исходное положение или нет. Это зависит от типа равновесия объекта. После движения возможны три варианта, а именно:
(1) объект возвращается в исходное положение,
(2) объект удаляется от своего первоначального положения,
(3) объект остается в своем новом положении.
Если после возвращения объекта в исходное положение он находится в устойчивом равновесии, то после перемещения объект перемещается ещё дальше, то он находится в неустойчивом равновесии. И наоборот, если после перемещения объект остаётся в новом положении, то он находится в нейтральном равновесии.
1. Стабильное равновесие
Если на объект, изначально находящийся в состоянии покоя, действует сила или крутящий момент (результирующая сила или результирующий момент силы), то объект начнет двигаться. Равновесие считается устойчивым, если после движения объект возвращается в исходное положение. Движущиеся объекты возвращаются в исходное положение благодаря результирующей силе или результирующему моменту силы, возникающему после движения объекта.
Пример 1. Объект подвешен на веревке на буфере. Сначала объект находится в состоянии покоя. После толчка объект начинает двигаться и возвращается в исходное положение. Вес объекта сосредоточен в центре, а точка опоры находится между веревкой и опорой. Движущийся объект возвращается в исходное положение благодаря результирующей силе тяжести в горизонтальном направлении (wx). Натяжение веревки (T) и составляющая силы тяжести в вертикальном направлении (wy) взаимно компенсируются, поскольку эти две силы имеют одинаковую величину, но противоположное направление.
Пример 2. Объект находится в долине. Изначально объект находится в состоянии покоя. После перемещения объект движется вправо и влево, затем возвращается в исходное положение. Мяч движется, чтобы вернуться в исходное положение, под действием результирующей силы тяжести в горизонтальном направлении (wx). Компонента силы тяжести в вертикальном направлении (wy) и нормальная сила (N) взаимно компенсируются, поскольку эти две силы имеют одинаковую величину, но противоположное направление.
Пример 3. Изначально объект находится в состоянии покоя. Центр тяжести — это центр объекта, а точка опоры — основание объекта, соприкасающееся с плоской поверхностью. После перемещения вправо объект поднимается вправо. Если положение центра тяжести по-прежнему находится слева от точки опоры, то объект может вернуться в исходное положение. Объект может вернуться в исходное положение благодаря результирующему моменту силы, создаваемому силой тяжести. В этом случае точка опоры действует как ось вращения. И наоборот, если объект перемещается влево, то объект объект поднимается влево. Если центр тяжести по-прежнему находится правее точки опоры, объект может вернуться в исходное положение.
В случаях, подобных примеру 3, объекты остаются в устойчивом равноверии, если после подъема центр тяжести объекта не проходит через точку опоры. Если после подъема вправо центр тяжести проходит мимо точки опоры, объект смещается из своего первоначального положения. Это пример неустойчивого равноверия.
2. Неустойчивое равновесие
Равновесие неустойчиво, если объект изначально неподвижен из-за результирующей силы или результирующего момента силы, действующих на него. После начала движения объект не возвращается в исходное положение, а удаляется от него.
Пример 1. Первоначально неподвижный объект из-за интерференции. После начала движения объект продолжает удаляться от своего первоначального положения. Объект удаляется от своего первоначального положения, потому что после начала движения центр тяжести смещается вправо от точки опоры. Когда центр тяжести находится вправо от точки опоры, возникает результирующий момент силы, который отклоняет объект от его первоначального положения.
Пример 2. Объект изначально находится выше вершины.
После перемещения объект продолжает удаляться.
из своего первоначального положения. Объект удаляется от своего первоначального положения из-за наличия составляющих силы тяжести в горизонтальном направлении (w x ).
3. Нейтральное равновесие
Нейтральное равновесие достигается, если после перемещения в результате интерференции объект остается в своем новом положении. Объекты не возвращаются в исходное положение и не удаляются от него.
Пример 1: Мяч изначально покоится на плоской поверхности и движется. После остановки мяч остается в новом положении. Мяч не возвращается в исходное положение и не удаляется от него.
Исходя из приведенного выше объяснения, можно сделать вывод:
Во-первых, если центр тяжести объекта находится ниже точки опоры, то объект находится в устойчивом равновесии. Например, объект подвешен на веревке на буфере.
Во-вторых, если центр тяжести объекта находится выше точки опоры, то равновесие объекта относительно. Объекты могут быть устойчивыми, а могут быть и неустойчивыми.
Во-третьих, равновесие объектов зависит от их формы и размера. Более широкие объекты более устойчивы, чем узкие.
В-четвертых, равновесие объектов зависит от расстояния центра тяжести до точки опоры.
Если центр тяжести находится далеко от точки опоры, то объект находится в неустойчивом равновесии. И наоборот, если центр тяжести находится близко к точке опоры, то равновесие неустойчиво.
