Was ist statisches Gleichgewicht?

Statisches Gleichgewicht ist ein Begriff, der in der Physik verwendet wird, um eine Situation zu beschreiben, in der sich die auf ein ruhendes Objekt wirkenden Gesamtkräfte zu Null addieren. Mit anderen Worten, die Kräfte, die das Objekt in verschiedene Richtungen ziehen, gleichen sich aus, wodurch das Objekt bewegungslos bleibt. Damit sich ein Objekt im statischen Gleichgewicht befindet, muss es sich auch im translatorischen Gleichgewicht und im Rotationsgleichgewicht befinden, was bedeutet, dass die auf das Objekt einwirkenden äußeren Kräfte und äußeren Drehmomente genau Null ergeben müssen.

In der Physik werden Bewegungskräfte häufig als Vektoren beschrieben. Ein Vektor ist ein abstraktes mathematisches Konzept, mit dem sowohl die Richtung als auch die Größe einer Kraft dargestellt werden. Wenn eine Kiste beispielsweise um eine bestimmte Strecke nach links gezogen wird, gibt der Vektor sowohl die Richtung der Kraft als auch die Strecke an, über die die Kiste gezogen wurde.

Newtons erstes Bewegungsgesetz besagt, dass ein Objekt mit einer konstanten Geschwindigkeit bleibt, wenn die Summe der Vektorkräfte auf dieses Objekt Null ist. Objekte in Ruhe bleiben in Ruhe, wenn sie nicht von einer Kraft beaufschlagt werden, und Objekte in Bewegung bleiben ebenfalls mit der gleichen Geschwindigkeit, wenn sie nicht beaufschlagt werden. Die Vektorsumme wird auch als resultierende Kraft oder Nettokraft bezeichnet.

Im Falle eines statischen Gleichgewichts wirken Kräfte auf ein Objekt, aber die Vektorsumme aller auf dieses Objekt einwirkenden Kräfte ist Null. Dies bedeutet, dass sich entgegengesetzte Vektoren genau aufheben, was zu einer Nettokraft von Null auf das Objekt führt. Obwohl Kräfte vorhanden sind, bleibt das Objekt bewegungslos. Um mit dem obigen Beispiel fortzufahren, wenn die Kiste gleichzeitig mit genau der gleichen Kraft und dem genau entgegengesetzten Drehmoment nach links und rechts gezogen würde, wären alle Vektoren genau entgegengesetzt und die Kiste würde sich nicht bewegen. Es wäre im statischen Gleichgewicht.

Wenn sich die auf ein Objekt einwirkenden äußeren Kräfte gegenseitig aufheben, befindet sich das Objekt im Translationsgleichgewicht, der ersten Bedingung, die für das statische Gleichgewicht erforderlich ist. Die zweite Bedingung ist das Rotationsgleichgewicht. Im Rotationsgleichgewicht muss das auf das Objekt wirkende Nettodrehmoment oder die Rotationskraft Null sein. Wenn zum Beispiel die Kiste nach links und rechts gezogen, aber auch um eine Achse gedreht wird, befindet sie sich nicht im statischen Gleichgewicht, da sie sich durch das Drehmoment bewegen würde. Eine gleiche und entgegengesetzte Drehmomentkraft wäre erforderlich, um die Kiste in ein Rotationsgleichgewicht zu versetzen.