Co to jest równowaga statyczna?

Równowaga statyczna jest terminem stosowanym w fizyce do opisania sytuacji, w której sumaryczne siły działające na obiekt w spoczynku sumują się do zera. Innymi słowy, siły ciągnące obiekt w różnych kierunkach równoważą się, powodując, że obiekt pozostaje nieruchomy. Aby obiekt znajdował się w równowadze statycznej, musi także znajdować się w równowadze translacyjnej i obrotowej, co oznacza, że ​​siły zewnętrzne i momenty zewnętrzne działające na obiekt muszą sumować się dokładnie do zera.

W fizyce siły ruchu są często opisywane w kategoriach wektorów. Wektor to abstrakcyjna koncepcja matematyczna używana do reprezentowania zarówno kierunku, jak i wielkości siły. Gdyby na przykład ciągnięto skrzynię na pewną odległość w lewo, wektor wskazywałby zarówno kierunek siły, jak i odległość, którą ciągnięto.

Pierwsza zasada ruchu Newtona głosi, że obiekt pozostanie ze stałą prędkością, jeśli suma sił wektora na tym obiekcie wynosi zero. Przedmioty w spoczynku pozostaną w spoczynku, chyba że zostaną na nie oddziaływane siły, a obiekty w ruchu pozostaną z tą samą prędkością, o ile nie zostaną na nie oddziaływane. Suma wektorowa nazywana jest również siłą wypadkową lub siłą netto.

W przypadku równowagi statycznej siły działają na obiekt, ale suma wektorowa wszystkich sił działających na ten obiekt wynosi zero. Oznacza to, że przeciwne wektory znoszą się dokładnie, co powoduje zerową siłę netto na obiekcie. Pomimo obecności sił obiekt pozostaje nieruchomy. Aby kontynuować powyższy przykład, gdyby skrzynia była ciągnięta jednocześnie w lewo i w prawo z dokładnie taką samą siłą i dokładnie przeciwstawnym momentem obrotowym, wszystkie wektory byłyby dokładnie przeciwne do siebie i skrzynia nie poruszałaby się. Byłby w równowadze statycznej.

Kiedy siły zewnętrzne działające na obiekt znoszą się nawzajem, mówi się, że obiekt znajduje się w równowadze translacyjnej, co jest pierwszym warunkiem koniecznym do osiągnięcia równowagi statycznej. Drugim warunkiem jest równowaga obrotowa. W równowadze obrotowej moment netto lub siła obrotowa działająca na obiekt musi wynosić zero. Jeśli, na przykład, skrzynia jest ciągnięta w lewo i w prawo, ale również jest skręcana wokół osi, nie byłaby w stanie równowagi statycznej, ponieważ moment obrotowy spowodowałby jej ruch. Aby ustawić skrzynię w równowadze obrotowej, wymagana byłaby równa i przeciwna siła momentu obrotowego.