Номер 3, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Дополнительная глава. Элементы статики. Центр тяжести. Устойчивость равновесия - номер 3, страница 377.

Условие.

3. Расскажите о видах равновесия.

Решение.

Равновесие — это состояние механической системы, в котором она может находиться сколь угодно долго, оставаясь в покое относительно инерциальной системы отсчета. Условия равновесия твердого тела требуют, чтобы векторная сумма всех приложенных к нему сил была равна нулю (условие равновесия для поступательного движения) и чтобы сумма моментов этих сил относительно любой оси также была равна нулю (условие равновесия для вращательного движения).

$\sum \vec{F}_{ext} = 0$

$\sum \vec{M}_{ext} = 0$

В зависимости от поведения тела при малых отклонениях от положения равновесия, выделяют три вида равновесия:

Устойчивое равновесие

Тело находится в состоянии устойчивого равновесия, если при малом отклонении от этого положения возникает сила или момент сил, стремящиеся вернуть тело в исходное положение. Для состояния устойчивого равновесия характерно то, что потенциальная энергия тела в этом положении минимальна. Любое отклонение приводит к увеличению потенциальной энергии, так как центр тяжести тела поднимается.

Пример: шарик на дне сферической чаши, пирамида, стоящая на основании.

Ответ: При устойчивом равновесии тело, выведенное из положения равновесия, стремится вернуться в него, а его потенциальная энергия в этом положении минимальна.

Неустойчивое равновесие

Тело находится в состоянии неустойчивого равновесия, если при малом отклонении от этого положения возникают силы, которые стремятся еще больше удалить тело от исходного положения. Такое состояние соответствует максимуму потенциальной энергии. Любое отклонение приводит к уменьшению потенциальной энергии, так как центр тяжести тела опускается.

Пример: шарик на вершине сферы, карандаш, сбалансированный на острие.

Ответ: При неустойчивом равновесии тело, выведенное из положения равновесия, не возвращается в него, а его потенциальная энергия в этом положении максимальна.

Безразличное равновесие

Тело находится в состоянии безразличного равновесия, если любое соседнее с ним положение также является положением равновесия. При смещении тела из такого положения оно остается в новом положении, не стремясь ни вернуться, ни удалиться дальше. В этом случае потенциальная энергия тела не изменяется при его перемещении в пределах некоторой области. Высота центра тяжести остается постоянной.

Пример: шарик или цилиндр на горизонтальной плоскости.

Ответ: При безразличном равновесии любое смещенное положение тела также является равновесным, а его потенциальная энергия при таких смещениях не меняется.