§ 23 Виды равновесия тел
Твёрдое тело, находящееся в равновесии, может проявлять разные типы устойчивости. Характер равновесия определяется тем, где располагается центр тяжести относительно оси вращения или опорной поверхности.
Устойчивое равновесие
Равновесие называют устойчивым, если после небольшого отклонения тело само возвращается в исходное положение. Это возможно, когда центр тяжести находится ниже оси вращения. При отклонении центр тяжести поднимается, а сила тяжести стремится вернуть его в более низкое, исходное положение.
Примеры: маятник, люстра на подвесе, игрушка-неваляшка.
Неустойчивое равновесие
Если после отклонения тело продолжает удаляться от первоначального положения и не возвращается к нему, такое равновесие считается неустойчивым. Это происходит, когда центр тяжести расположен выше оси вращения. При смещении центр тяжести опускается, и сила тяжести усиливает отклонение вместо того, чтобы его компенсировать.
Примеры: вертикально стоящая палка, канатоходец на тросе.
Безразличное равновесие
Равновесие является безразличным, когда при небольшом перемещении тело остаётся в покое в новом положении. Подобная ситуация возникает, если ось вращения проходит точно через центр тяжести, — тогда расположение центра тяжести не меняется и движение силы тяжести не создаёт момента.
Примеры: свободно катящееся колесо, шар на ровной гладкой поверхности.
Равновесие тел, опирающихся на поверхность
Для тел, стоящих на опоре, равновесие остаётся устойчивым, если линия отвеса, проходящая через центр тяжести, лежит в пределах площади опоры.
- Если она проходит по краю опоры — равновесие становится неустойчивым.
- Если линия отвеса выходит за пределы опоры — тело обязательно опрокинется.
Как повысить устойчивость тела
Устойчивость увеличивается, если:
- центр тяжести расположен ниже;
- площадь опоры больше.
Поэтому предметы с широкой опорой и низким центром тяжести гораздо устойчивее, например автомобиль или пирамидальная конструкция.