Номер 5, страница 182 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

5. Какое равновесие называют устойчивым?

5. Равновесие тела – это состояние, в котором тело, при отсутствии внешних воздействий, может находиться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно сколь угодно долго. Это означает, что векторная сумма всех сил, действующих на тело, и сумма моментов всех сил равны нулю. Существует три вида механического равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное.

Устойчивым называют такое положение равновесия, при котором тело, будучи незначительно выведенным из этого положения, при прекращении внешнего воздействия самопроизвольно возвращается в исходное состояние. При малом отклонении от положения равновесия возникает равнодействующая сила (или момент сил), направленная в сторону положения равновесия.

С точки зрения энергии, положение устойчивого равновесия характеризуется тем, что в этом положении потенциальная энергия тела имеет локальный минимум. Любое отклонение тела от этого положения приводит к увеличению его потенциальной энергии. Поскольку любая механическая система стремится занять положение с наименьшей потенциальной энергией, тело будет стремиться вернуться обратно. Для тела в поле тяжести Земли потенциальная энергия определяется формулой $E_p = mgh$, где $h$ – высота центра масс над некоторым нулевым уровнем.

Таким образом, для устойчивого равновесия тела, имеющего опору или подвес, необходимо, чтобы его центр масс занимал самое низкое из всех возможных соседних положений. При попытке вывести тело из такого положения его центр масс поднимается, и сила тяжести создает возвращающий момент, который восстанавливает исходное положение.

Примеры устойчивого равновесия: шарик на дне сферической чаши; книга, лежащая на столе; маятник в нижнем положении; игрушка-неваляшка.

В отличие от устойчивого, при неустойчивом равновесии (когда потенциальная энергия максимальна, например, шарик на вершине холма) малейшее отклонение приводит к тому, что тело продолжает удаляться от исходного положения. При безразличном равновесии (потенциальная энергия постоянна, например, шарик на горизонтальной плоскости) тело после смещения остается в новом положении, которое также является положением равновесия.

Ответ: Устойчивое равновесие – это такое состояние равновесия, из которого тело, выведенное малым смещением, самопроизвольно возвращается обратно. Характерными признаками устойчивого равновесия являются минимум потенциальной энергии и наиболее низкое положение центра масс тела.