Článok o typoch rovnováhy tuhé teleso
Nie všetky veci, ktoré nachádzame v každodennom živote, vždy stoja. Možno objekt spočiatku stojí, ale ak sa s ním pohybuje (napríklad vetrom), objekty sa môžu pohybovať. Problém je, či sa objekty po pohybe vrátia do svojej pôvodnej polohy alebo nie. To závisí od typu rovnováhy objektu. Po pohybe budú existovať tri možnosti, a to:
(1) objekt sa vráti do svojej pôvodnej polohy,
(2) objekt sa pohybuje smerom od svojej pôvodnej polohy,
(3) objekt zostáva na svojom novom mieste.
Ak sa po presunutí objektu späť do pôvodnej polohy nachádza v stabilnej rovnováhe. Ak sa objekt po presunutí posunie ešte ďalej, potom sa nachádza v nestabilnej rovnováhe. Naopak, ak po presunutí objekt zostane v novej polohe, potom sa nachádza v neutrálnej rovnováhe.
1. Stabilná rovnováha
Na teleso, ktoré je spočiatku v pokoji, ak naň pôsobí sila alebo krútiaci moment (existuje výsledná sila alebo výsledný moment sily), teleso sa bude pohybovať. Rovnováha je stabilná, ak sa teleso po pohybe vráti do svojej pôvodnej polohy. Pohybujúce sa teleso sa vráti do svojej pôvodnej polohy v dôsledku výslednej sily alebo výsledného momentu sily, ktorý sa objaví po pohybe telesa.
Príklad 1. Predmet je zavesený na lane na nárazníku. Predmet najprv stojí. Po zatlačení sa predmet pohne a vráti sa do svojej pôvodnej polohy. Tiaž predmetu je v strede predmetu, zatiaľ čo bod opory je medzi lanom a oporou. Pohybujúce sa predmety sa vracajú do svojej pôvodnej polohy v dôsledku výslednej gravitácie v horizontálnom smere (wx). Napätie lana (T) a zložka gravitácie vo vertikálnom smere (wy) sa navzájom eliminujú, pretože tieto dve sily majú rovnakú veľkosť, ale opačný smer.
Príklad 2. Objekt v údolí. Spočiatku objekt stojí. Po pohybe sa objekt pohybuje doprava a doľava a potom sa vracia do svojej pôvodnej polohy. Guľa sa pohybuje tak, aby sa vrátila do svojej pôvodnej polohy v dôsledku výslednej gravitácie v horizontálnom smere (wx). Gravitačná zložka vo vertikálnom smere (wy) a normálová sila (N) sa navzájom eliminujú, pretože tieto dve sily majú rovnakú veľkosť, ale smer je opačný.
Príklad 3. Teleso spočiatku stojí. Ťažisko je stredom telesa a bod opory je pri jeho základni v kontakte s plochou rovinou. Po pohybe doprava sa teleso zdvihne doprava. Ak je ťažisko stále naľavo od bodu otáčania, teleso sa môže vrátiť do svojej pôvodnej polohy. Teleso sa môže vrátiť do pôvodnej polohy vďaka výslednému momentu sily generovanému gravitáciou. V tomto prípade bod opory slúži ako os otáčania. Naopak, ak sa teleso pohybuje doľava, teleso... zdvihnutý doľava. Ak je poloha ťažiska stále napravo od bodu opory, predmet sa stále môže vrátiť do svojej pôvodnej polohy.
V prípadoch ako v príklade 3 sú objekty stále v stabilnej rovnováhe, ak po zdvihnutí ťažisko objektu neprechádza oporným bodom. Ak po zdvihnutí doprava ťažisko prejde oporným bodom, objekt sa pohybuje zo svojej pôvodnej polohy. Toto je príklad nestabilnej rovnováhy.
2. Nestabilná rovnováha
Rovnováha je nestabilná, ak je objekt spočiatku nehybný v dôsledku výslednej sily alebo výsledného momentu sily pôsobiacej na objekt. Po pohybe sa objekt nevráti do svojej pôvodnej polohy, ale od nej odíde.
Príklad 1. Spočiatku nehybný objekt v dôsledku interferencie. Po pohybe sa objekt naďalej pohybuje zo svojej polohy. Objekt sa vzďaľuje od svojej pôvodnej polohy, pretože po pohybe je poloha ťažiska napravo od oporného bodu. Keď je ťažisko napravo od oporného bodu, vzniká výsledný moment sily, ktorý objekt odvracia od jeho pôvodnej polohy.
Príklad 2. Objekt je najprv nad vrcholom.
Po presunutí sa objekt stále vzďaľuje
z pôvodnej polohy. Objekt sa pohybuje zo svojej pôvodnej polohy v dôsledku prítomnosti gravitačných zložiek v horizontálnom smere (w x ).
3. Neutrálna rovnováha
Neutrálna rovnováha, ak po pohybe v dôsledku interferencie objekt zostane vo svojej novej polohe. Objekty sa nevracajú do pôvodnej polohy a objekty sa z pôvodnej polohy nepohybujú.
Príklad 1: Lopta spočiatku leží na rovnej ploche, pohybuje sa. Po prerušení pohybu zostane lopta vo svojej novej polohe. Lopta sa nevráti do pôvodnej polohy ani sa z pôvodnej polohy nepohne.
Na základe vyššie uvedeného vysvetlenia možno dospieť k záveru:
Po prvé, ak je ťažisko objektu pod bodom opory, objekt je v stabilnej rovnováhe. Napríklad objekt je zavesený na lane na nárazníku.
Po druhé, ak je ťažisko objektu nad bodom opory, rovnováha objektu je relatívna. Objekty môžu byť stabilné, objekty môžu byť aj nestabilné.
Po tretie, rovnováha objektov závisí od tvaru a veľkosti objektov. Širšie objekty sú stabilnejšie ako menšie objekty.
Po štvrté, rovnováha objektov závisí od vzdialenosti ťažiska od bodu podpory.
Ak je ťažisko ďaleko od bodu opory, potom je objekt v nestabilnej rovnováhe. Naopak, ak je ťažisko blízko bodu opory, potom je rovnováha nestabilná.
