Статика — это раздел механики, который изучает причины отсутствия движения. При отсутствии движения говорят, что «система находится в равновесии». Рассмотрим условия равновесия твердого тела.
Условия равновесия
Первое условие
Первое условие равновесия прямо следует из определения равновесия. Поскольку мгновенная скорость всех точек тела равна нулю, то и мгновенная скорость всего тела также будет равна нулю. Кроме того, учитывая, что причиной ускорения тела всегда является действие механической силы, выходит, что для тела, находящегося в равновесии, и равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю:
$$overrightarrow v= 0$$
$$overrightarrow F_{равнод}= 0$$
Второе условие
Второе условие равновесия менее очевидно. Что будет, если приложить к разным концам тела равные по величине противоположно направленные силы? Равнодействующая таких сил равна нулю. Центр отрезка между точками приложения сил останется в покое. Однако тело начнет вращательное движение.
Отсутствие равновесия в данном случае определяется тем, что приложенные силы создают вращательный момент. Он и поворачивает тело.
Следовательно, вторым условием равновесия тела являются нулевые вращательные моменты относительно любой оси:
$$M_1+M_2+…+M_n= 0$$
Твердые и деформируемые тела
Необходимо отметить, что указанные условия равновесия применимы только к абсолютно твердому телу, то есть к телу, расстояние между любыми двумя его точками не изменяется.
В самом деле, если взять деформируемое тело, например, резиновый жгут, и начать его растягивать, то как равнодействующая, так и сумма моментов будут равны нулю. А жгут не будет в равновесии.
Условия равновесия деформируемого тела должны учитывать упругие свойства тела. Такая задача выходит за рамки школьного курса и решается в вузовском курсе сопротивления материалов. Еще сложнее задача равновесия жидкостей, она решается в курсе гидродинамики.
В рамках школьного курса статики изучается только равновесие твердых тел.
Что мы узнали?
Для того чтобы твердое тело находилось в равновесии, необходимо принять систему отсчета, в которой начальная скорость тела равна нулю, и учесть два условия: должна быть равна нулю равнодействующая всех сил, приложенных к телу, и сумма вращательных моментов тела относительно любых осей.
