Конспект по физике по теме "Виды равновесия" (10 класс)

Виды равновесия.

Если тело, к которому приложены силы не получает ускорение, то, говорят, что это тело находится в равновесии.

Под  равновесием абсолютно твердого тела в инерциальной системе отсчета понимается  такое механическое состояние тела, при котором ускорение его поступательного движения равно нулю и угловое ускорение относительно любой оси, покоящейся в данной системе отсчета или движущейся равномерно, равно нулю.

Виды равновесия:

Устойчивое	Неустойчивое	Безразличное
Шарик располагается на абсолютно гладкой поверхности, имеющей форму вогнутой полусферы. Шарик находится в равновесии: сила тяжести уравновешена силой реакции опоры. Если сообщить шарику элементарное перемещение, то силы  и  возвращают его в положение устойчивого равновесия.	Шарик располагается на абсолютно гладкой поверхности, имеющей форму выпуклой полусферы. Шарик находится в равновесии: сила тяжести уравновешена силой реакции опоры. Если сообщить шарику элементарное перемещение, то силы  и  удаляют его от положения неустойчивого равновесия.	Шарик располагается на абсолютно гладкой плоской поверхности. Шарик находится в равновесии: сила тяжести уравновешена силой реакции опоры. Если сообщить шарику элементарное перемещение, условия равновесия шарика не нарушатся.
- равновесие, при котором тело, выведенное из него, возвращается в прежнее положение под действием внутренних сил.	- равновесие, при котором тело, выведенное из него, удаляется от положения равновесия под действием внутренних сил.	- равновесие, при котором тело, выведенное из него, остается в том положении, в котором его остановили (т.е. условия равновесия при элементарном перемещении не нарушаются).
Первоначально шарик находится в нижнем положении на высоте h1 над поверхностью Земли. Малейшее внешнее воздействие на шарик в положении равновесия, приводит к тому, что он окажется на высоте этом  h2>h1 с большей потенциальной энергией  Wp2>Wp1.	Первоначально шарик находится в верхнем положении на высоте h1 над поверхностью Земли. Малейшее внешнее воздействие на шарик в положении равновесия, приводит к тому, что он окажется на высоте этом  h2<h1 с меньшей потенциальной энергией  Wp2<Wp1.	Первоначально шарик находится на высоте h1 над поверхностью Земли. Внешнее воздействие на шарик не влияет на положение его равновесия, и он остается на первоначальной высоте над поверхностью Земли. Потенциальная энергия шарика Wp=const.
Для тела, имеющего закрепленную ось вращения
Пусть центр масс С однородной деревянной балки находится ниже оси вращения  О. Если вывести рейку из положения равновесия, то она, под действием внутренних сил, вернется в первоначальное положение. При этом  h2>h1 и Wp2>Wp1, т.е. потенциальная энергия балки увеличивается.	Пусть однородная деревянная балка расположена так, что ее центр масс С находится выше оси вращения О.  Малейшее отклонение балки приведет к тому, что она не вернется обратно, а опрокинется вокруг оси О к поверхности Земли. При этом h2<h1 и Wp2<Wp1, т.е. потенциальная энергия балки уменьшается.	Если ось вращения О балки проходит через ее центр масс С, равновесие рейки является безразличным, так как при любом положении рейки расстояние центра тяжести рейки от Земли одинаково и потенциальная энергия рейки неизменна.
Равновесие тела, имеющего ось вращения, является устойчивым тогда, когда при любом бесконечно малом отклонении его потенциальная энергия увеличивается.	Равновесие тела, имеющего ось вращения, является неустойчивым тогда, когда при любом бесконечно малом отклонении от него его потенциальная энергия уменьшается.	Равновесие тела, имеющего ось вращения, является безразличным тогда, когда при любом бесконечно малом отклонении от него его потенциальная энергия не изменяется.

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

Устойчивость тел, имеющих площадь опоры:

Тело, имеющее площадь опоры, находится в равновесии, когда вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести тела, не выходит за пределы площади опоры этого тела (или плоскости, на которую опирается тело).

В качестве критерия устойчивости тела вводится угол устойчивости – угол, образованный горизонтальной плоскостью и прямой, соединяющей центр тяжести тела с краем площади опоры.

Угол устойчивости уменьшается, если увеличивать площадь опоры или понижать центр масс тела (например, делать нижнюю часть тела более массивной или часть тела зарывать в Землю (делать фундамент)).

Таким образом, устойчивость положения зависит от:

1)      Высоты центра масс тела (чем ниже точка С, тем устойчивее положение);

2)      Площади опоры тела (чем больше площадь опоры, тем устойчивее положение).

Наблюдения за различными системами тел и полей, а также теоретические исследования привели к открытию закономерности: всякая система тел находится в устойчивом состоянии, когда ее потенциальная энергия минимальна. Предоставленная самой себе, любая система под действием внутренних потенциальных сил стремится перейти в состояние устойчивого равновесия с наименьшим запасом потенциальной энергии.

Краткое описание документа:

Рассмотрены виды равновесия ( в том числе с закрепленной осью вращения), вопрос об устойчивости тел.