تعريف قوة الاتزان
في مجالات الفيزياء، يشير مفهوم الاتزان إلى الحالة التي يبقى فيها نظام معين ثابتًا، حيث لا تتغير حالة الحركة أو الطاقة الداخلية له مع مرور الزمن. يقال إن الجسم الميكانيكي يكون في حالة اتزان عندما لا يتعرض لتسارع خطي أو زاوي، إلا إذا تم التأثير عليه بواسطة قوة خارجية. تحت هذه الظروف، سيتواصل العنصر في تلك الحالة إلى أجل غير مسمى.
أنواع الاتزان
يمكن تصنيف الاتزان إلى نوعين رئيسيين: الاتزان الديناميكي والاتزان الثابت. فمن الجدير معرفة ما هو الاتزان الثابت وكيف يختلف عن الديناميكي؟
الاتزان الديناميكي
عندما يوجد جسم في حالة اتزان ولكنه لا يزال يتحرك بسرعات غير معروفة، يُطلق عليه اسم الاتزان الديناميكي. على سبيل المثال، يمكن أن تكون كرة تدور بسرعات عشوائية.
الاتزان الثابت
إذا كان الجسم في حالة اتزان أثناء عدم الحركة، يُعرف هذا بالتوازن الثابت. أيضًا، يتم تصنيف الاتزان إلى ثلاثة أنواع: مستقر، غير مستقر، ومحايد. دعونا نستعرض معاني هذه المفاهيم.
الاتزان المستقر
هذا هو النوع من الاتزان حيث يميل الجسم إلى العودة إلى نقطة الاتزان المحددة عندما يحدث انزياح عن تلك الحالة.
الاتزان غير المستقر
عند إزاحة الجسم عن نقطة التوازن المتاحة، يبدأ في الابتعاد عنها، مما يعني أنه في حالة اتزان غير مستقر.
الاتزان المحايد
يتميز الجسم في هذه الحالة بأنه لا يتحرك نحو نقطة الاتزان ولا يبتعد عنها.
حالة قوة الاتزان
إذا كانت جميع القوى المؤثرة على جسم ما في حالة توازن، يُقال إن هذا الجسم في حالة اتزان. يُعتبر التوازن قائمًا إذا كانت القوى المؤثرة على الجانبين الأيمن والأيسر متساوية، وكذلك القوى الصاعدة والهابطة. ومع ذلك، لا يعني ذلك أن جميع القوى يجب أن تتساوى بالضرورة، في حين يجب أن تتمتع الأجسام المتوازنة بتسارع مقداره 0 م/ث2، استنادًا إلى قانون نيوتن الأول للحركة.
شروط الاتزان
توجد عدة شروط يجب توافرها لكي يكون الجسم في حالة اتزان، وهذه الشروط تشمل:
الشرط الأول للاتزان
لتحقيق حالة الاتزان، يجب ألا يتعرض الجسم لأي تسارع، مما يعني أن القوة الكلية وعزم الدوران الصافي على الجسم يجب أن يكونا كلاهما صفرًا.
الشرط الثاني للاتزان
يشير الشرط الثاني للاتزان الساكن إلى أن عزم الدوران الصافي المؤثر على الجسم يجب أن يكون صفرًا.
القوة المحصلة
عندما تتصرف قوتان أو أكثر على جسم، فإنه يُعتبر في حالة اتزان إذا لم يتحرك أو يدور. في هذه الحالة، يكون مجموع القوى المؤثرة في اتجاه واحد مساويًا لمجموع القوى المؤثرة في الاتجاه المعاكس.
أمثلة على قوة الاتزان
إليك بعض الأمثلة التي توضح مفهوم قوة الاتزان:
- سيارة تتعرض لدفع متوازن من جانبيها بواسطة قوتين متساويتين، فتبقى في حالة سكون ولن تتحرك.
- سحلية تتواجد على جدار عمودي، حيث يؤثر عليها وزنها ساحبًا إياها نحو الأسفل بسبب قوة الجاذبية، ولكن قوة الاحتكاك تعادل تلك القوة بقدر متساوي.