Если тело не меняет своего положения при действующей силе, говорят в этом случае о равновесии. С точки зрения физики у тела состояние равновесия тогда, когда выполняются следующие критерии (условия равновесия):
1. сумма всех внешних сил равна нулю;
2. сумма всех вращающих моментов должна быть равна нулю.
В создании равновесия центр тяжести тела играет главную роль. Точнее говоря, виды равновесия тела определяются с помощью центра тяжести:
- если высота центра тяжести тела уменьшается при минимальном боковом движении и тело подчиняется действующей на него силе, то это тело находится в неустойчивом равновесии;
- если высота центра тяжести тела увеличивается при минимальном боковом движении и тело таким образом противодействует действующей на него силе, то это тело находится в устойчивом равновесии;
- если высота центра тяжести тела не меняется при минимальном боковом движении и тело никак не реагирует действующей на него силе, то это тело находится в безразличном равновесии.
Если тело может свободно вращаться вокруг оси вращения или точки подвеса, его центр тяжести занимает "минимально" возможное положение. В этом положении центр тяжести всегда вертикально ниже оси или точки подвеса. Если центр тяжести, точка подвеса и точка вращения совпадают, то тело находится в безразличном равновесии в каждой позиции.
Когда же тело человека может находиться в равновесии при выполнении акробатических упражнений?
Необходимо найти центр тяжести тела и представить вертикальную линию, которая может проходить через этот центр. Если данная линия пересечёт основание опоры тела, то равновесие обеспечено, но отклонившись от вертикали тело упадёт.
Ещё в равновесии тел огромное значение играет расположение центра тяжести тела. Например, каким образом добиться устойчивого равновесия машин? Конечно же расположением двигателя. Он достаточно объёмный и тяжёлый, следовательно, чем ниже расположен двигатель, тем устойчивее машина.
Ну а мотоциклисты и конькобежцы при поворотах наклоняются близко к земле, тем самым смещают центр тяжести своего тела.
Игрушка неваляшка – это пример устойчивого равновесия. Центр тяжести в ней находится в основании, поэтому при малейшем отклонении от вертикального положения игрушка возвращается обратно.
Каким образом можно заставить коробку удержаться на краю стола? Да вот каким!
С помощью дополнительного тела меняем расположение центра тяжести и коробка не падает, т.е. находится в устойчивом равновесии.
Ну и напоследок!
Как удержать карандаш в вертикальном положении касаясь только его заострённого кончика? Например, такими способами.
При помощи обычных прищепок смещаем центр тяжести, причём возможно придумать большое количество способов.
Современная концепция физики была введена англичанином Исааком Ньютоном ещё в 17 веке, а именно его тремя законами движения. Он определил силу как причину изменения состояния движения тела, что отражено в его определении силы как изменения импульса во времени. Сила, с которой одно тело оказывает действие на другое, вызывает равное, но противоположную реакцию. Это и есть основа статики, которая рассчитывает нагрузки в конструкциях по балансу (или равновесию) действующих сил.