План ответа: 1.Когда возникает равновесие тел. 2.Условия равновесия. 3.Виды равновесия. Ответ: 1.Основным признаком взаимодействия тел является возникновение ускорения. При некоторых условиях тело, на которое действует несколько различных сил, не движется с ускорением. Подвесим шар на нити. Шар взаимодействует силами тяготения с Землёй, но сила тяжести не вызывает его ускоренного движения к центру Земли. Этому препятствует действие равной по модулю и направленной в противоположную сторону силы упругости. Сила тяжести и сила упругости уравновешивают друг друга, их равнодействующая равна нулю, поэтому равно нулю и ускорение шара. Раздел механики, изучающий условия равновесия сил, называется статикой. Если тело движется поступательно, то действие всех приложенных к нему сил можно заменить одной равнодействующей, проходящей через центр масс. Равномерное прямолинейное поступательное движение тела или его покой возможны только при равенстве нулю геометрической суммы всех сил, приложенных к телу. Не вращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к телу, равна нулю. В повседневной жизни и технике часто встречаются тела, которые не могут двигаться поступательно, но могут вращаться вокруг оси. Примерами таких тел могут служить двери и окна, колёса автомобиля, качели и т.д. Если вектор силы F лежит на прямой, пересекающей ось вращения, то эта сила уравновешивается силой упругости Fу со стороны оси вращения. Если же прямая, на которой лежит вектор силы F, не пересекает ось вращения, то эта сила не может быть уравновешена силой упругости со стороны оси вращения, и тело поворачивается вокруг оси. Вращение тела вокруг оси под действием одной силы F1 может быть остановлено действием второй силы F2. Опыт показывает, что если две силы F1 и F2 по отдельности вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если выполняется условие: F1d = F2d, где d1 и d2 – кратчайшие расстояния от прямых, на которых лежат векторы сил F1 и F2 (линия действия сил), до оси вращения. Расстояние d называется плечом силы, а произведение модуля силы F на плечо d называется моментом силы М: М = Fd. 2.Если моментам сил, вызывающим вращение тела вокруг оси по часовой стрелке, приписать положительный знак, а моментам сил, вызывающим вращение против часовой стрелки, – отрицательный знак, то условие равновесия тела, имеющую ось вращения, можно сформулировать в виде правила моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех сил приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю: М1 + М2 + М3 +…+ Мn = 0. За единицу вращающегося момента в СИ принимается момент силы в 1 Н, линия действия которой находится на расстоянии 1 м от оси вращения. Эту единицу называют ньютон-метром (Н*м). Общее условие равновесия тела: тело находится в равновесии, если равны нулю геометрическая сумма векторов всех приложенных к нему сил и алгебраическая сумма моментов этих сил относительно оси вращения. При выполнении общего условия равновесия тело не обязательно находится в покое. Согласно первому закону Ньютона, при равенстве нулю равнодействующей всех сил тело может находиться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно. Равенство нулю алгебраической суммы моментов сил не означает также, что при этом тело обязательно находится в покое. На протяжении нескольких миллиардов лет с постоянной угловой скоростью продолжается вращение Земли вокруг оси именно потому, что алгебраическая сумма моментов сил, действующих на Землю со стороны других тел, равна нулю. Точно так же продолжается вращение с постоянной угловой скоростью раскрученное велосипедное колеса, и только внешние силы останавливают это вращение. 3.Различают три вида равновесия тел: устойчивое, неустойчивое, безразличное. Равновесие называется устойчивым, если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия. В устойчивом равновесии находится, например, шар на дне углубления. Тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в устойчивом равновесии, если его центр тяжести расположен ниже оси вращения и находится на вертикальной прямой, проходящей через ось вращения. При небольшом отклонении от этого положения равновесия алгебраическая сумма моментов сил, действующих на тело, становится отличной от нуля, и возникающий момент сил поворачивает тело к первоначальному положению равновесия. Если же центр тяжести находится на вертикальной прямой, проходящей через ось вращения, но расположен выше оси вращения, то равновесие неустойчивое. Равновесие называется неустойчивым, если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия. Тело находится в состоянии безразличного равновесия, если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остаётся равной нулю. В безразличном равновесии находится шар на горизонтальной поверхности. Тело находится в безразличном равновесии, когда ось вращения тела проходит через его центр тяжести. Если вертикальная линия, проведённая через центр тяжести тела, пересекает площадь опоры, то тело находится в устойчивом равновесии. Если же вертикальная линия, проведённая через центр тяжести, не пересекает площадь опоры, то тело опрокидывается.