Равновесие на телата

1. Център на тежестта

    На фиг.1. е показано тяло, което мислено е разделено на чести. На всяка част действа сила на тежестта, насочена вертикално надолу. Равнодействащата на тези сили с еднакви посоки е равна на сумата от големините на всички сили и също е насочена надолу. Това е силата на тежестта G, с която Земята привлича цялото тяло. 

    Приложната точка С на силата на тежестта се нарича център на тежестта на тялото (фиг.1)


Фиг.1. Център на тежестта



 

Фиг.2. Центърът на тежестта на: а) кълбо, сфера или кръг е в техния геометричен център; б) триъгълна пластинка - в пресечната точка на медианите; в) пръчка - в средата на пръчката

 

2. Видове равновесие

    Топката на фиг.3. се намира в три различни равновесни положения. Във всяко от тях силата на тежестта G се уравновесява от силата на реакция на опората N. Опитът ни убеждава, че когато топката е на върха на хълма (положение А), достатъчен е слаб тласък и тя се спуска надолу под действие на силата на тежестта - никога няма да се върне сама обратно. Такова равновесие се нарича неустойчиво.

Фиг.3:  А - неустойчиво; В - устойчиво; С - безразлично

    На дъното на вдлъбнатината (положение В) топката е в устойчиво равновесие. Ако отклоним малко топката от това положение и я оставим свободна, под действие на силата на тежестта тя ще се върне обратно в равновесното положение.

    Върху хоризонталната равнина (положение С) всички положения на топката на равновесни. Когато за дадено равновесно положение съседните положения също са равновесни, равновесието се нарича безразлично.

    Трите вида равновесие се наблюдават и в случая, когато тялото е окачено на ос. На фиг.4 са показани три различни равновесни положения на летва, която може да се върти около хоризонтална ос. 

Фиг. 4. Видове равновесие: а) устойчиво; б) неустойчиво; в) безразлично

    В първия случай оста минава над центъра на тежестта С на летвата (фиг.4а), във втория - под центъра на тежестта (фиг.4б), а в третия - през центъра на тежестта (фиг.4в). Ако отклоним летвата от равновесното й положение и я освободим, ще се убедим, че в първия случай равновесието е устойчиво, във втория - неустойчиво, а в третия - безразлично. 

 

3. Правило на Торичели

    Когато силата на тежестта се уравновесява от силата на реакция на опората, видът на равновесието може да се определи по положението на центъра на тежестта. Това става с помощта на правилото на Торичели:

    Ако центърът на тежестта заема най-ниското положение в сравнение с всички възможни съседни положения, тогава равновесието е устойчиво.

    От фиг.3 и фиг.4. може да се види, че това наистина е така. Топката и летвата са в устойчиво равновесие, когато центърът   на тежестта е разположен най-ниско. Когато центърът на тежестта заема най-високото от всички съседни положения, равновесието е неустойчиво. Ако центърът на тежестта остава на една и съща височина при всички възможни премествания, равновесието е безразлично.

4. Равновесие на тяло върху опора

    Когато тялото и опората имат само една допирна точка, центърът на тежестта на тялото при равновесие се намира над допирателната точка. Книгата от фиг.5а има много допирни точки с опората. Вертикалната линия, която преминава през центъра на тежестта на книгата, пробожда площта на опората. Книгата е в равновесие.   

Фиг.5. 

Ако преместим книгата, така че тази линия да излезе извън площта на опората (фиг.5б), тя се преобръща.

    Когато вертикалната линия, прекарана през центъра на тежестта на тялото, пресича площта на опората, тялото е в устойчиво равновесие. Ако тази линия излезе извън площта на опората, тялото се преобръща.

    За да бъде равновесието по-устойчиво, центърът на тежестта на тялото трябва да е разположен колкото е възможно по-ниско, а площта на опората е по-голяма. Затова центърът на тежестта на съвременните автомобили е разположен ниско. Камион, който носи обемист товар, има опасност да се преобърне при движение по наклонен участък от пътя, защото центърът на тежестта му се измества нагоре (фиг.6).

Фиг.6.