In der Mechanik befindet sich ein Objekt in instabiles Gleichgewicht Wenn es durch eine Kraft leicht aus seiner Position verschoben wird, kehrt es nicht zu ihm zurück. Zum Beispiel befindet sich der Ball in der folgenden Abbildung, wenn er sich über dem Hügel befindet, in einem instabilen Gleichgewicht, da er bei der geringsten Störung bergab rollt, ohne dass die Möglichkeit besteht, auf eigene Faust zurückzukehren.
Wenn sich der Ball dagegen auf einer ebenen Fläche befindet, wie in der Mittelstellung, wird er als in bezeichnet gleichgültiges Gleichgewicht oder neutral. Es kann eine störende Kraft ausgeübt werden, die sie zur einen oder anderen Seite bewegt. Wenn die Kraft jedoch verschwindet, wird der Ball wieder stabil.
Rechts befindet sich der Ball am Boden eines konkaven Behälters. Diese Position ist auch eine des Gleichgewichts, aber von stabiles Gleichgewicht. Eine Kraft, die den Ball stört, lässt ihn nur ein wenig um die ursprüngliche Position schwingen, um am Ende leise zu ihm zurückzukehren..
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Gemeinsame Objekte (sowie Menschen und Tiere) verlieren das Gleichgewicht und fallen aufgrund des durch das Gewicht verursachten Drehmoments, der Kraft, die die Erde auf alle Objekte in der Nähe ihrer Oberfläche ausübt. Wenn Sie einen verlängerten Körper haben, wird der Punkt genannt, an dem das Gewicht wirkt Schwerpunkt.
Das Gewicht kann dank einer Stütze, wie sie beispielsweise von einer Oberfläche bereitgestellt wird, ausgeglichen werden, und auf diese Weise bewegt sich das Objekt nicht. Trotzdem besteht immer noch die Möglichkeit, sich irgendwann umzudrehen, denn bei den erweiterten Objekten ist das Gleichgewicht der Kräfte nicht der einzige Faktor, der sie ruhig hält, sondern auch der Ort, an dem diese Kräfte angewendet werden..
Unten ist eine Figur mit einem Bleistift an der Spitze in instabilem Gleichgewicht. Jeder Luftzug führt dazu, dass er umkippt. In der Zwischenzeit gleichen sich jedoch das Gewicht und die normale Stützkraft aus. Darüber hinaus haben beide Kräfte die gleiche Wirkungslinie, die durch die Spitze des Bleistifts verläuft und das Gleichgewicht gewährleistet..
Wenn der Stift jedoch wie rechts gezeigt nur ein wenig gekippt wird, hört die Wirkungslinie des Gewichts auf, durch die Spitze zu verlaufen, die als Drehpunkt fungiert. Dann erzeugt das Gewicht ein unausgeglichenes Drehmoment und der Stift dreht sich im Uhrzeigersinn..
Ein stabiles Gleichgewicht wird fast immer angestrebt, da ein instabiles Gleichgewicht, wie der Name schon sagt, ziemlich prekär ist. Wenn Sie mit dem Beispiel des Bleistifts fortfahren, ist die neue Position viel stabiler als wenn sie auf der Spitze stand, sobald sie herunterfällt und horizontal auf der Oberfläche zur Ruhe kommt..
Dies liegt daran, dass einerseits der Schwerpunkt näher an der Oberfläche liegt und andererseits die Auflagefläche des Bleistifts viel größer ist..
Wenn die Auflagefläche größer ist, kann die Normale eher dem Gewicht entgegenwirken, da die Fläche genau das ist, was die Normalen ausübt. Und wenn der Abstand vom Schwerpunkt zur Oberfläche kleiner ist, ist der Hebelarm des Gewichts kleiner und folglich auch das Drehmoment kleiner..
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Umkippens umso geringer ist, je größer die Stützbasis des Objekts ist und je näher sein Schwerpunkt am Boden liegt, desto stabiler ist das Gleichgewicht. Babys wissen dies und deshalb neigen sie dazu, zuerst zu kriechen, bevor sie das Risiko eingehen, aufzustehen.
Und wenn der Körper nicht gestützt wird, sondern an einem Punkt aufgehängt ist, spielt auch die Lage des Schwerpunkts eine wichtige Rolle bei der Herstellung des Gleichgewichts, wie in den folgenden Beispielen kurz gezeigt wird.
Das Gleichgewicht in unterstützten Körpern hängt wie gesagt ab von:
-Wie nahe der Schwerpunkt an der Oberfläche liegt.
-Die Größe der Basis des Objekts.
Stellen Sie sich einen Kegel auf einem flachen Tisch vor. Die stabilste Position ist ohne Zweifel, wenn die Basis des Kegels vollständig auf dem Tisch abgestützt ist. Dies ist die stabile Gleichgewichtsposition, da der Schwerpunkt des Kegels auf der Symmetrieachse und näher an seiner Basis als an der Spitze liegt..
Das gleichgültige Gleichgewicht wird erreicht, indem der Kegel hingelegt wird und das instabile Gleichgewicht dem Kegel an seiner Spitze entspricht, wie der Bleistift, was möglicherweise keine leichte Aufgabe ist, da der Kegel bei der geringsten Bewegung kentert.
Es ist üblich, schwebende Körper zu finden, die an mindestens einem Punkt hängen, wie z. B. Gemälde und Lampen. Berücksichtigen Sie bei der Herstellung des Gleichgewichts den Ort des Schwerpunkts und den des Aufhängepunkts..
Die Situation ist mit Hilfe eines rechteckigen Kartonblatts oder einer Regel aus homogenem Material leicht zu visualisieren. Hier fällt der Schwerpunkt mit dem geometrischen Mittelpunkt der Figur zusammen, vorausgesetzt, die Masse des Objekts ist gleichmäßig verteilt.
Um das Blatt in ein instabiles Gleichgewicht zu bringen, wird es an einem Punkt aufgehängt, der ist unter Vom Schwerpunkt aus können Sie das Blatt sogar locker zwischen Ihren Fingern halten, um Bewegungsfreiheit zu erhalten.
Eine kleine Kraft reicht aus, damit sich die Klinge sofort in die eine oder andere Richtung dreht. Der Grund für das Drehen ist der gleiche wie beim unterstützten Objekt: Das Gewicht übt ein nicht kompensiertes Drehmoment aus, das die Drehung des Körpers erleichtert.
Beim Drehen durchläuft das Blatt eine Position, die sich in einem stabilen Gleichgewicht befindet, in der sich der Aufhängepunkt befindet von oben Schwerpunkt. Um diese Position schwingt es etwas und stoppt schließlich.
Wenn erneut eine Kraft ausgeübt wird, schwingt die Klinge erneut, kehrt jedoch wieder in die Position zurück, in der der Aufhängepunkt und der Schwerpunkt mit der Vertikalen ausgerichtet sind.
Schließlich wird das gleichgültige Gleichgewicht überprüft, indem ein Stift direkt durch den Schwerpunkt geführt wird. Wenn das Blatt gedreht wird, um sich in verschiedenen Positionen zu befinden, ist ersichtlich, dass es keinen wesentlichen Unterschied zwischen ihnen gibt.
Zusammenfassend liegt der Suspensionspunkt für Körper, die in einem instabilen Gleichgewicht suspendiert sind, unterhalb des Schwerpunkts. Und das Gegenteil für ein stabiles Gleichgewicht.
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