Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Сиротюк

§ 22. Рівновага тіла

Як ви вже знаєте, при поступальному русі тіла можна розглядати рух тільки однієї точки тіла - його центра мас. При цьому ми повинні вважати, що в центрі мас зосереджена вся маса тіла і до нього прикладена рівнодійна всіх сил, що діють на тіло. З другого закону Ньютона випливає, що прискорення цієї точки дорівнює нулю, якщо геометрична сума всіх прикладених до неї сил - рівнодійна цих сил - дорівнює нулю. Це і є умова рівноваги тіла за відсутності його обертання.

Щоб тіло, яке може рухатися поступально (без обертання), перебувало в рівновазі, потрібно, щоб геометрична сума сил, прикладених до тіла, дорівнювала нулю.

Але якщо геометрична сума сил дорівнює нулю, то і сума проекцій векторів цих сил на будь-яку вісь також дорівнює нулю. Тому умову рівноваги тіла можна сформулювати і так:

щоб тіло, яке не має осі обертання, перебувало в рівновазі, потрібно, щоб сума проекцій на будь-яку вісь прикладених до тіла сил дорівнювала нулю.

У рівновазі, наприклад, перебуває тіло, до якого прикладено дві рівні сили, що діють уздовж однієї прямої, але напрямлені у протилежні боки (мал. 54, а). На малюнку 54, б показано, як такий випадок можна спостерігати за допомогою досліду.

Мал. 54. Рівновага тіла

Стан рівноваги - це не обов’язково стан спокою. З другого закону Ньютона випливає, що, коли рівнодійна сил, прикладених до тіла, дорівнює нулю, тіло може рухатися прямолінійно й рівномірно. Під час такого руху тіло також перебуває у стані рівноваги. Наприклад, парашутист, після того як він почав падати зі сталою швидкістю, перебуває у стані рівноваги.

На малюнку 54, а сили прикладено до тіла не в одній точці. Але ми вже бачили, що важлива не точка прикладання сили, а пряма, уздовж якої вона діє. Перенесення точки прикладання сили вздовж лінії її дії нічого не змінює ні в русі тіла, ні у стані рівноваги. Зрозуміло, наприклад, що нічого не зміниться, якщо замість того, щоб тягнути вагонетку, її почнуть штовхати (мал. 55).

Мал. 55. Рух тіла не залежить від точки прикладання сили, а залежить від лінії її дії

Якщо рівнодійна сил, прикладених до тіла, не дорівнює нулю, то для того, щоб тіло перебувало у стані рівноваги, до нього має бути прикладено додаткову силу, що дорівнює за модулем рівнодійній, але протилежна їй за напрямком.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

• 1. Що означає твердження: «Тіло (або система тіл) перебуває у стані рівноваги» ?
• 2. До тіла прикладено кілька сил, рівнодійна яких не дорівнює нулю. Що потрібно зробити, щоб тіло було у стані рівноваги?
• 3. У чому полягає умова рівноваги тіл, що рухаються поступально?
• 4. Чи перебуває у рівновазі тіло у стані спокою?
• 5. Якщо геометрична сума сил, прикладених до тіла, дорівнює нулю, то чому дорівнює алгебраїчна сума проекцій цих сил на яку-небудь вісь?