Echilibrul mecanic si energia potentiala
Să considerăm o suprafaţă a cărui profil este reprezentat în figura 1. Vom aşeza în diferite puncte ale acestei suprafeţe o bilă de dimensiuni reduse, asimilabilă cu un punct material. Constatăm că bila este în echilibru în punctele A şi B de pe porţiunea curbă a suprafeţei, precum şi în toate punctele de pe porţiunea plană orizontală MP a suprafeţei deoarece în toate aceste puncte rezultanta forţelor care acţioneză asupra punctului material este egală cu zero: R=G+N=0 unde G este greutatea punctului material N reacţiunea suprafeţei de sprijin.
Dacă îndepărtăm foarte puţin bila din poziţia de echilibru static, pot intervenii trei situaţii:
a) îndepărtând-o din punctul A, asupra bilei acţionează o forţă rezultantă care o îndepărteazăşi mai mult de poziţia iniţială. Se spune că echilibrul e instabil;
b) îndepărtând-o din punctul B, bila este acţionată de o forţă rezultantă care o readuce la poziţia iţială se spune că echilibrul este stabil;
c) îndepărtată din punctul C, bila rămâne în echilibru în orice punct al suprafeţei plane; se spune că echilibrul este indiferent.
Prin urmare forţa rezultată egală cu zero este o condiţie necesară, dar nu suficientă pentru echilibrul stabil al pnctului material într-un câmp de forţe conservativ.
Echilibrul solidului rigid suspendat
Consideraţiile făcute asupra echilibrului punctului material în câmpul gravitaţional se pot extinde foarte uşor la echilibrul solidului rigid. Cunoşterea poziţiei centrului de greutate al unui solid este de mare importanţă pentru diferitele aspecte ale echilibrului acestuia.
Suspendăm o riglă cu una din extremităţile sale de un cui (figura 2). Constatăm că centrul sau de greutate se află sub punctul de suspensie şi pe aceeaşi verticală cu aceasta. Forţele care acţionează asupra riglei, sunt greutatea G şi reacţiunea N a suportului se echilibrează.
Se îndepărtează rigla din această poziţie. Centrul său de greutate urcă, iar energia potenţială creşte. Lăsată liber, rigla este readusă în poziţia iniţială de către cuplul alcătuit de forţele G şi N. În acest caz rigla se află în echilibru stabil. Poziţia de echilibru stabil îi corespunde energia potenţială minimă.[…]
