В физике равновесием называют такое состояние тела, при котором оно находится в покое относительно выбранной системы отсчёта. С инженерной точки зрения обычно рассматриваются не отдельные тела, а целые сооружения относителбно системы отсчёта «Земля». Вопросы равновесия очень важны для строителей, проектировщиков машин, артистов цирка, спасателей. Да и в повседневной жизни время от времени каждому из нас приходится сталкиваться с понятием равновесия.

Равновесие может быть различным в зависимости от расположения тела по отношению к окружающим телам. Поясним это с помощью простых примеров. Пусть шарик занимает нижнее положение на вогнутой подставке (см. рис.). В этом положении он находится в равновесии. Сместим немного шарик из этого положения, например, вправо и отпустим. Он сразу же соскользнет в первоначальное положение.

Объяснить это можно так: в отклоненном положении сила тяжести и реакция опоры, действующие на шарик, не уравновешиваются. Из рисунка видно, что их равнодействующая направлена к положению равновесия (то есть возвращает шарик в это положение). Такое равновесие устойчиво.

Шарик, расположенный в верхней точке выпуклой подставки (см.рис.), также находится в равновесии, так как сумма силы тяжести и реакции опоры равна нулю. Но если сместить его из этого положения, то он в него не вернется. Равнодействующая в этом случае направлена так, что она ещё дальше перемещает тело от положения равновесия: оно неустойчиво.

Если смещать шарик по гладкой горизонтальной поверхности, то он остается в равновесии. Такое равновесие называют безразличным. Оно сохраняется при всех перемещениях тела (см. рис.).

Проанализируем эти примеры с энергетических позиций. Нетрудно заметить, что в первых двух случаях шарик, выведенный из положения равновесия, уменьшает свою потенциальную энергию, то есть он сам «стремится» занять положение, при котором его потенциальная энергия минимальна.

В том случае, когда потенциальная энергия шарика в положении равновесия была меньше его потенциальной энергии в близлежащих точках, положение равновесия было устойчивым. В случае же, когда потенциальная энергия шарика в близлежащих точках была меньше, чем в точке равновесия, то это положение оказалось неустойчивым.

Устойчиво то положение тела, в котором его потенциальная энергия имеет минимальное значение.

Когда тело имеет несколько точек опоры, условие устойчивости равновесия таково: вертикаль, проведённая через центр тяжести, должна пересекать фигуру, ограниченную точками опоры. Поднимем одну из сторон стола так, чтобы вертикаль, проходящая через центр тяжести, вышла за границы поверхности опоры (см.рис.). Центр тяжести стола начнёт опускаться, равновесие не сможет восстановиться, и стол опрокинется.

Мы только начали знакомство с разделом механики, называемым статикой, – наукой о равновесии тел. Существуют и другие условия, при которых тело будет находиться в равновесии, но о них мы расскажем в другой статье.

(C) 2011. Рыжкова Елена Николаевна (Пензенская область, р.п.Колышлей)