равновесие
Закон равновесия. | Равновесие тел. | Равновесие сил. | Устойчивое, неустойчивое равновесие.
Сохранять, удерживать, терять равновесие.
Экологическое, природное равновесие. | Политическое, государственное равновесие. | Военное равновесие. | Восстановить биологическое равновесие организма.
Вывести кого-либо из состояния душевного равновесия.
Полезное
Смотреть что такое «равновесие» в других словарях:
равновесие — равновесие … Орфографический словарь-справочник
РАВНОВЕСИЕ — (equilibrium) Ситуация, в которой ни у кого нет непосредственной причины к внесению изменений в свои действия, в результате чего может сохраняться, по крайней мере временно, статус кво. Данная концепция нашла широкое применение в экономической… … Экономический словарь
РАВНОВЕСИЕ — РАВНОВЕСИЕ, равновесия, мн. нет, ср. (книжн.). 1. Состояние неподвижности, покоя, в котором находится какое нибудь тело под воздействием равных, противоположно направленных и потому взаимно уничтожающихся сил (мех.). Равновесие сил. Устойчивое… … Толковый словарь Ушакова
равновесие — Динамические условия физического, химического, механического или атомного баланса. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] равновесие Общее понятие, относимое к различным ситуациям, характеризующимся взаимодействием разнонаправленных сил,… … Справочник технического переводчика
Равновесие — [equilibrium] общее понятие, относимое к различным ситуациям, характеризующимся взаимодействием разнонаправленных сил, воздействие которых взаимно погашается таким образом, что наблюдаемые свойства системы остаются неизменными. Среди… … Экономико-математический словарь
РАВНОВЕСИЕ — механической системы, состояние механической системы, находящейся под действием сил, при котором все ее точки покоятся по отношению к рассматриваемой системе отсчета. Равновесие имеет место, когда все действующие на тело силы взаимно уравновешены … Современная энциклопедия
РАВНОВЕСИЕ — механической системы состояние механической системы, находящейся под действием сил, при котором все ее точки покоятся по отношению к рассматриваемой системе отсчета. Равновесие имеет место, когда все действующие на тело силы взаимно уравновешены … Большой Энциклопедический словарь
РАВНОВЕСИЕ — (equilibrium) Ситуация, в которой все факторы, оказывающие влияние на экономическую переменную, полностью уравновешивают друг друга таким образом, что переменная величина в результате не изменяется. Равновесие является фундаментальным… … Словарь бизнес-терминов
равновесие — баланс, устойчивость; пондерация, экилибр, изостазия Словарь русских синонимов. равновесие экилибр (устар.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011 … Словарь синонимов
равновесие — механической системы; равновесие Состояние механической системы, при котором все её точки под действием приложенных сил остаются в покое по отношению к рассматриваемой системе отсчёта равновесное состояние; равновесие Состояние термодинамической… … Политехнический терминологический толковый словарь
равновесие — – состояние системы, при котором ее параметры не зависят от времени. Словарь по аналитической химии [3] • фазовое равновесие химическое равновесие … Химические термины
Значение слова «равновесие»
1. Физ. Состояние неподвижности, покоя, в котором находится какое-л. тело под воздействием равных, противоположно направленных и потому взаимно уничтожающихся сил. Устойчивое равновесие. Неустойчивое равновесие.
3. перен. Полное соответствие между чем-л., частями чего-л., уравновешивание одного другим. Всего полезнее было бы для здоровья человека, если бы физический и умственный труд соединились в его деятельности; но полное равновесие между ними едва ли необходимо. Ушинский, Труд в его психическом и воспитательном значении. [Васильков:] Я займу сегодня, сколько будет нужно; но чтоб сохранить равновесие в бюджете, мы должны будем надолго значительно сократить наши расходы. А. Островский, Бешеные деньги.
4. перен. Покой, спокойствие. Душевное равновесие. Вывести из равновесия. □ [Полканов] заботился прежде всего о сохранении внутреннего равновесия. М. Горький, Варенька Олесова.
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
Характерные примеры равновесий:
Механическое равновесие, также известно как статическое равновесие, — состояние тела, находящегося в покое, или движущегося равномерно, в котором сумма сил и моментов, действующих на него, равна нулю.
Химическое равновесие — положение, в котором химическая реакция протекает в той же степени, как и обратная реакция, и в результате не происходит изменения количества каждого компонента.
Термодинамическое равновесие — состояние системы, в котором её внутренние процессы не изменяют макроскопических параметров (таких, как температура и давление).
Экономическое равновесие — ситуация, когда факторы, оказывающие влияние на экономическую переменную, уравновешивают друг друга таким образом, что переменная величина в результате не изменяется (например Равновесная цена, Рыночное равновесие).
Равновесие в теории игр — общее название принципов оптимальности ситуаций в некооперативных играх, характеризуемых устойчивостью к изменениям поведения участников либо их объединений. Наиболее распространённые:
равновесие дрожащей руки;
РАВНОВЕ’СИЕ, я, мн. нет, ср. (книжн.). 1. Состояние неподвижности, покоя, в к-ром находится какое-н. тело под воздействием равных, противоположно направленных и потому взаимно уничтожающихся сил (мех.). Р. сил. Устойчивое р. (такое, при нарушении к-рого возникают силы, препятствующие этому нарушению). Неустойчивое р. (при нарушении к-рого возникают силы, усиливающие нарушение). || Состояние (какого-н. вещества, системы тел и пр.), являющееся результатом взаимодействия двух или нескольких противоположно направленных и исключающих друг друга процессов (физ.,
Подвижное р. (см. подвижной). Химическое р. 2. перен. Состояние устойчивого покоя, спокойствия вследствие гармонического сочетания явлений, из к-рых складывается чья-н. жизнь (книжн.). Сохранить, потерять душевное р. Вывести кого-н. из равновесия. Политическое р. (сравнительная устойчивость сложившегося соотношения сил в политиеской борьбе, напр. в борьбе партий, государств).
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
равнове́сие
1. книжн. мех. состояние неподвижности, покоя или равномерного движения, в котором находится какое-либо тело под воздействием равных, противоположно направленных и потому взаимно уничтожающихся сил и моментов сил ◆ Нарушится ли равновесие весов после того, как углекислота в сосуде превратится в газ? Владимир Лукашик, Елена Иванова, «Сборник задач по физике. 7-9 кл.», 2003 г. (цитата из НКРЯ) ◆ Грузы во вращающейся центрифуге должны быть в равновесии, иначе неизбежен срыв ротора.
2. физ. хим. состояние вещества, системы тел и т. п., являющееся результатом взаимодействия двух или нескольких противоположно направленных и полностью нейтрализующих друг друга процессов ◆ Вначале рассмотрим диаграмму фазовых равновесий, иллюстрирующую процесс формирования родингитов на его начальной стадии. А. А. Антонов, «Минералогия родингитов Баженовского гипербазитового массива», 2003 г. (цитата из НКРЯ)
3. перен. возможность сохранять вертикальное положение, держаться, не падая и не качаясь при стоянии, ходьбе и т. п. ◆ Автобус мотало, она морщилась, переступая, чтобы удержать равновесие. Андрей Волос, «Недвижимость», 2000 г. // «Новый Мир» (цитата из НКРЯ) ◆ Задыхаясь, он всё-таки поднял её на руки и пошёл вниз, спотыкаясь на узкой тропинке и боясь оступиться и потерять равновесие. Ирина Муравьева, «Мещанин во дворянстве», 1994 г. (цитата из НКРЯ)
4. перен. полное соответствие между чем-либо, частями чего-либо, гармоничное сочетание чего-либо ◆ Да, природа нуждается в равновесии во всём, и на весы наших судеб, коль на одну их сторону мы желаем положить какие-либо результаты, на другую лягут ― и с этим приходится считаться ― тяжёлые гири наших бессонных ночей, пота, а может быть, и сами жизни! Игорь Вольский, «Пропасть им. Пантюхина: будет ли новый мировой рекорд?», 1994 г. (цитата из НКРЯ)
5. книжн. перен. покой, спокойствие ◆ Сохранить, потерять душевное равновесие. ◆ И даже едва уловимый запах спиртного, исходящий от него, выводил её из равновесия. С. Кулябин, «Он и она», 1989 г. // «Труд» (цитата из НКРЯ) ◆ Их разматывание клубка сознания лихорадочно, скачкообразно и преступает границы психического равновесия. Игорь Золотусский, ««Записки сумасшедшего» и «Записки из подполья»», 2002 г. // «Октябрь» (цитата из НКРЯ) ◆ Её вывело из равновесия выступление Виктора Шкловского, критичность которого была вызвана и неладами между ним и Лидией Корнеевной личного свойства. Аркадий Мильчин, «В лаборатории редактора Лидии Чуковской», 2001 г. // «Октябрь» (цитата из НКРЯ) ◆ Мой умнейший учитель всего-навсего предостерегал от потери чувства жанра, как от потери равновесия ― душевного и всяческого… И. Э. Кио, «Иллюзии без иллюзий», 1995–1999 г. (цитата из НКРЯ)
6. перен. равенство противоположно направленных сил ◆ Обе партии были одинаково сильны, и это равновесие не устраивало ни одну из сторон.
Равновесие
Понятие равновесия — одно из самых универсальных в естественных науках. Оно применимо к любой системе, будь то система планет, движущихся по стационарным орбитам вокруг звезды, или популяция тропических рыбок в лагуне атолла. Но проще всего понять концепцию равновесного состояния системы на примере механических систем. В механике считается, что система находится в равновесии, если все действующие на нее силы полностью уравновешены между собой, то есть гасят друг друга. Если вы читаете эту книгу, например, сидя в кресле, то вы как раз и находитесь в состоянии равновесия, поскольку сила земного притяжения, тянущая вас вниз, полностью компенсирована силой давления кресла на ваше тело, действующей снизу вверх. Вы не проваливаетесь и не взлетаете именно потому, что пребываете в состоянии равновесия.
Различают три типа равновесия, соответствующие трем физическим ситуациям.
Устойчивое равновесие
Именно его большинство людей обычно и понимают под «равновесием». Представьте себе шар на дне сферической чаши. В состоянии покоя он находится строго в центре чаши, где действие силы гравитационного притяжения Земли уравновешено силой реакции опоры, направленной строго вверх, и шар покоится там подобно тому, как вы покоитесь в своем кресле. Если сместить шар в сторону от центра, откатив его вбок и вверх в направлении края чаши, то, стоит его отпустить, как он тут же устремится обратно к самой глубокой точке в центре чаши — в направлении положения устойчивого равновесия.
Вы, сидя в кресле, находитесь в состоянии покоя благодаря тому, что система, состоящая из вашего тела и кресла, находится в состоянии устойчивого равновесия. Поэтому при изменении каких-то параметров этой системы — например, при увеличении вашего веса, если, предположим, вам на колени сел ребенок, — кресло, будучи материальным объектом, изменит свою конфигурацию таким образом, что сила реакции опоры возрастет, — и вы останетесь в положении устойчивого равновесия (самое большее, что может произойти, — подушка под вами промнется чуть глубже).
В природе имеется множество примеров устойчивого равновесия в различных системах (и не только механических). Рассмотрим, например, отношения хищник—жертва в экосистеме. Соотношение численностей замкнутых популяций хищников и их жертв достаточно быстро приходит в равновесное состояние — столько-то зайцев в лесу из года в год стабильно приходится на столько-то лис, условно говоря. Если по каким-либо причинам численность популяции жертв резко изменяется (из-за всплеска рождаемости зайцев, например), экологическое равновесие будет очень скоро восстановлено за счет быстрого прироста поголовья хищников, которые начнут истреблять зайцев ускоренными темпами, пока не приведут поголовье зайцев в норму и не начнут сами вымирать от голода, приводя в норму и собственное поголовье, в результате чего численности популяций и зайцев, и лис придут к норме, которая наблюдалась до всплеска рождаемости у зайцев. То есть в устойчивой экосистеме также действуют внутренние силы (хотя и не в физическом понимании этого слова), стремящиеся вернуть систему в состояние устойчивого равновесия в случае отклонения системы от него.
Аналогичные эффекты можно наблюдать и в экономических системах. Резкое падение цены товара приводит к всплеску спроса со стороны охотников за дешевизной, последующему сокращению товарных запасов и, как следствие, росту цены и падению спроса на товар — и так до тех пор, пока система не вернется в состояние устойчивого ценового равновесия спроса и предложения. (Естественно, в реальных системах, и в экологических, и в экономических, могут действовать внешние факторы, отклоняющие систему от равновесного состояния — например, сезонный отстрел лис и/или зайцев или государственное ценовое регулирование и/или квотирование потребления. Такое вмешательство приводит к смещению равновесия, аналогом которого в механике будет, например, деформация или наклон чаши.)
Неустойчивое равновесие
Не всякое равновесие, однако, является устойчивым. Представьте себе шар, балансирующий на лезвии ножа. Направленная строго вниз сила земного притяжения в этом случае, очевидно, также полностью уравновешена направленной вверх силой реакции опоры. Но стоит отклонить центр шара в сторону от точки покоя, приходящейся на линию лезвия хоть на долю миллиметра (а для этого достаточно мизерного силового воздействия), как равновесие будет мгновенно нарушено и сила земного притяжения начнет увлекать шар всё дальше от него.
Примером неустойчивого природного равновесия служит тепловой баланс Земли при смене периодов глобального потепления новыми ледниковыми периодами и наоборот (см. Циклы Миланковича). Среднегодовая температура поверхности нашей планеты определяется энергетическим балансом между суммарным солнечным излучением, достигающим поверхности, и суммарным тепловым излучением Земли в космическое пространство. Неустойчивым этот тепловой баланс становится следующим образом. В какую-то зиму выпадает больше снега, чем обычно. На следующее лето тепла не хватает, чтобы растопить излишки снега, и лето оказывается также холоднее обычного вследствие того, что из-за переизбытка снега поверхность Земли отражает обратно в космос большую долю солнечных лучей, чем прежде. Из-за этого следующая зима оказывается еще более снежной и холодной, чем предыдущая, а следующим за ней летом на поверхности остается еще больше снега и льда, отражающего солнечную энергию в космос. Нетрудно увидеть, что чем больше такая глобальная климатическая система отклоняется от исходной точки теплового равновесия, тем быстрее нарастают процессы, уводящие климат еще дальше от нее. В конечном итоге, на поверхности Земли в приполярных областях за долгие годы глобального похолодания образуются многокилометровые напластования ледников, которые неумолимо продвигаются в направлении всё более низких широт, принося с собой на планету очередной ледниковый период. Так что трудно себе представить более шаткое равновесие, чем глобально-климатическое.
Особого упоминания заслуживает разновидность неустойчивого равновесия, называющаяся метастабильным, или квазиустойчивым равновесием. Представьте себе шар в узкой и неглубокой канавке — например, на повернутом острием вверх лезвии фигурного конька. Незначительное — на миллиметр-другой — отклонение от точки равновесия приведет к возникновению сил, которые вернут шар в равновесное состояние в центре канавки. Однако уже чуть большей силы хватит для того, чтобы вывести шар за пределы зоны метастабильного равновесия, и он свалится с лезвия конька. Метастабильные системы, как правило, обладают свойством пребывать какое-то время в состоянии равновесия, после чего «срываются» из него в результате какой-либо флуктуации внешних воздействий и «сваливаются» в необратимый процесс, характерный для нестабильных систем.
Типичный пример квазиустойчивого равновесия наблюдается в атомах рабочего вещества некоторых типов лазерных установок. Электроны в атомах рабочего тела лазера занимают метастабильные атомные орбиты и остаются на них до пролета первого же светового кванта, который «сбивает» их с метастабильной орбиты на более низкую стабильную, испуская при этом новый квант света, когерентный пролетающему, который, в свою очередь, сбивает с метастабильной орбиты электрон следующего атома и т. д. В результате запускается лавинообразная реакция излучения когерентных фотонов, образующих лазерный луч, которая, собственно, и лежит в основе действия любого лазера.
Безразличное равновесие
Промежуточный случай между устойчивым и неустойчивым равновесием — так называемое безразличное равновесие, при котором любая точка системы является точкой равновесия, и отклонение системы от исходной точки покоя ничего не изменяет в раскладе сил внутри нее. Представьте себе шар на абсолютно гладком горизонтальном столе — куда бы вы его ни сместили, он останется в состоянии равновесия.
Условия равновесия тел — виды, формулы и примеры
Раздел механики, изучающий условия равновесия тел, называют статикой. Методы науки используются в самых различных областях деятельности человека. Архитекторы и инженеры рассчитывают силы, действующие на всевозможные конструкции, знание о поведении мышц позволяет лечить травмы. Поэтому важным в физике является понимание условий, обеспечивающих телу состояние покоя, умение расчёта действующих сил. При этом единого способа решения задач не существует.
Общие сведения
Статика — это наука, изучающая силы, при которых положение тела не изменяется в пространстве. Такая ситуация называется равновесием. Особенность покоящихся тел в том, что в таком состоянии они не обладают ускорением и скоростью, а результирующая сила и момент равны нулю. Поэтому и кажется, что на тело не оказывается никакого воздействия, но на самом деле это не так.
В общем смысле под равновесием понимают состояние, которое может сохраняться сколько угодно долго, если нет внешних воздействий. Это утверждение справедливо для любого вида состояния покоя. Например, механического, теплового, экономического, политического и тому подобного.
В механике состояние движения физической точки описывает скорость. Если она не изменяется, то параметр всегда постоянный. Значит, под механическим равновесием можно понимать состояние прямолинейного равномерного движения. Кроме этого, при определённых условиях к нему можно отнести и обращение. Например, вращающееся колесо, которое крутится на оси без учёта сил трения.
При воздействии различных сил на материальную точку объект может вести себя трояко. В соответствии с этим различают три вида реакции физического тела на попытку вывести его из этого положения:
Следует отметить, что для того чтобы узнать, какой вид равновесия присущ ситуации, необходимо вывести объект из положения покоя. При этом первостепенной задачей статики является изучение условий, которые приводят к одному из трёх состояний тела, и их математическое описание.
Центр тяжести и условия равновесия
Простейшим случаем, при котором материальная точка находится в равновесии, будет тот, когда нет вращения, а размерами тела можно пренебречь. В этом случае ускорение равняется нулю: a = 0. Выяснить условия равновесия значит определить действующие силы. Согласно второму закону Ньютона, их равнодействующую можно найти из произведения массы на ускорение: F = m * a. Отсюда следует, что в состоянии покоя F = 0.
Реальное тело имеет определённые размеры. Чтобы определить для такого случая условие, необходимо рассмотреть самый простой вид движения — поступательное. Им называют перемещение, при котором все точки в теле двигаются одинаково, то есть с одной и той же скоростью. А это значит, что ускорения для всех его частиц будет постоянным и равняться нулю.
Пусть имеется горизонтальная поверхность, на которой находится, например, тележка. Через неё можно провести условную прямую под любым наклоном к горизонту. Места пересечения контуров тела с построенной линией будут точками A и B. К любой из них можно приложить силу F. Тележка начнёт двигаться. Эту силу можно перенести вдоль линии к другой точке, не изменяя направления, то есть сменить место приложения. В результате никаких изменений не произойдёт.
Но предыдущих двух условий мало, чтобы можно было сформулировать достаточные условия. Например, пусть есть карандаш, лежащий на столе.
Сумма действующих на него сил равняется нулю, но при этом он может вращаться. Значит, важным условием должно быть отсутствие углового ускорения. Другими словами, состояние, при котором момент внешних сил равен нулю.
Таким образом, если тело находится в равновесии, для него должны выполняться три условия:
Перечисленные условия являются необходимыми для нахождения тела в состоянии равновесия. Составив систему из уравнений, можно решать задачи с тремя неизвестными, что часто оказывается более чем достаточно, особенно для школьной программы.
Закреплённая ось вращения
Объект не будет вращаться, если равнодействующая приложенных к нему сил будет равняться нулю. Пусть имеется тело эллипсоидной формы. Чтобы оно не перемещалось поступательно, необходимо добиться одинакового движения точек.
В предмете можно сделать отверстие, которое будет обозначать ось вращения. Тогда центры перемещения точек находятся на этой линии.
К произвольно взятому месту A можно приложить силу F. Тело начнёт поворачиваться до тех пор, пока не наступит ситуация, при которой линия действия F начнёт проходить через ось. Тогда вращение прекратится. То есть произойдёт компенсирование реакцией оси. Кроме того, эти два действия не только лежат на одной линии, но и равны по модулю.
Из второго условия равновесия следует, что силу можно перемещать вдоль оси. Если это сделать, то к противоположной точке A окажется приложено две силы. Они будут равны по величине, но противоположны по направлению. Эта пара действует на закреплённую ось, поэтому предмет, необязательно эллипсоидной формы, вращаться не будет.
Таким образом, тело любого размера и массы с закреплённой осью будет находиться в равновесии, если линия действия приложенной к ней силы проходит через ось. Это простая ситуация. Но может случиться так, что на тело будет оказываться воздействия одновременно с нескольких сторон. Причём они будут приложены к разным местам тела. В этом случае, как и в первом, всё равно можно будет подобрать такую силу, которая будет действовать, как все существующие.
Значит, обобщённое определение можно сформулировать так: тело с закреплённой осью вращения будет находиться в равновесии, если линия действия равнодействующей приложенных воздействий проходит через ось.
Но на самом деле этим правилом пользоваться неудобно, так как часто найти общее действие бывает довольно сложно. Поэтому используют плечо силы. Это кратчайшее расстояние до оси вращения. Физически величина равна произведению модуля действия на её плечо и называется моментом. Описывают её формулой: M = F * d, где первый член — модуль, а второй — плечо относительно оси вращения.
За единицу измерения момента принимают ньютон, умноженный на метр (Н * м). Причём эта величина может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Выбор знака зависит от направления. Строго требования нет, но в математике вращение по часовой стрелке считают плюсовым, а против — минусовым.
Решение задач
Важно не только знать теоретический материал, но и уметь применять его на практике. Единого метода решения задач в статике не существует. В учебных классах по физике можно встретить плакаты, на которых изображён алгоритм вычислений, когда тело находится в инерциальной системе отсчёта (ИСО). Последовательность действий выглядит так:
Несомненно, самым трудным будет первый шаг. Вот один из примеров среднего уровня сложности. Однородная балка массой 1200 кг представляет собой весы. В конструкции убрали среднюю опору, но поставили две крайних. На балку положили механизм весом 15 тонн. Определить силу, действующую на каждую из вертикальных опор. Учесть, что длина между колонами составляет 20 м, а расстояние от центра до груза равняется пяти метрам.
Вначале следует рассмотреть силы, действующие на концы балки. Они будут равны по величине действиям, с которыми концы главного стержня давят на опоры. Пусть это будет F1 и F2. Сила тяжести балки приложена к центру масс, то есть приходится на середину. Так как условие равновесия для моментов можно записать относительно любой точки, то удобнее взять её в месте приложения F1. Поскольку в этом случае она будет равняться нулю из-за значения плеча, то останется только одна неизвестная — F2.
Таким образом, главное — правильно выбрать ось вращения, тем самым сделать расчёт более простым. Следует отметить, что в инженерии некоторые силы определяют с помощью специальных датчиков напряжения. Например, пьезоэлектрические датчики и тензодатчики. Их крепят как на саму конструкцию, так и на её модель.