El concepto de equilibrio es uno de los más universales en las ciencias naturales. Se aplica a cualquier sistema, ya sea un sistema de planetas que se mueven en órbitas estacionarias alrededor de una estrella o una población de peces tropicales en una laguna de un atolón. Pero la forma más sencilla de comprender el concepto de estado de equilibrio de un sistema es mediante el ejemplo de los sistemas mecánicos. En mecánica, se considera que un sistema está en equilibrio si todas las fuerzas que actúan sobre él están completamente equilibradas entre sí, es decir, se anulan entre sí. Si estás leyendo este libro, por ejemplo, sentado en una silla, entonces estás en un estado de equilibrio, ya que la fuerza de gravedad que te empuja hacia abajo se compensa completamente con la fuerza de presión de la silla sobre tu cuerpo, actuando desde el de abajo hacia arriba. No te caes y no vuelas precisamente porque estás en estado de equilibrio.

Hay tres tipos de equilibrio, correspondientes a tres situaciones físicas.

Equilibrio estable

Esto es lo que la mayoría de la gente suele entender por “equilibrio”.

Imagínese una bola en el fondo de un recipiente esférico. En reposo, se encuentra estrictamente en el centro del cuenco, donde la acción de la atracción gravitacional de la Tierra se equilibra con la fuerza de reacción del soporte, dirigida estrictamente hacia arriba, y la bola descansa allí tal como usted descansa en su silla. . Si aleja la bola del centro, la hace rodar hacia los lados y hacia el borde del tazón, tan pronto como la suelte, inmediatamente regresará al punto más profundo en el centro del tazón, en la dirección de la posición de equilibrio estable.

En la naturaleza existen muchos ejemplos de equilibrio estable en varios sistemas (y no sólo mecánicos). Consideremos, por ejemplo, las relaciones depredador-presa en un ecosistema. La proporción entre el número de poblaciones cerradas de depredadores y sus presas llega rápidamente a un estado de equilibrio: tantas liebres en el bosque de año en año representan constantemente tantos zorros, en términos relativos. Si por alguna razón el tamaño de la población de presas cambia drásticamente (debido a un aumento en la tasa de natalidad de liebres, por ejemplo), muy pronto se restablecerá el equilibrio ecológico debido al rápido aumento en el número de depredadores, que comenzará exterminar las liebres a un ritmo acelerado hasta que el número de liebres vuelva a la normalidad y no comiencen a morir de hambre, lo que hará que su propia población vuelva a la normalidad, como resultado de lo cual la población tanto de liebres como de zorros volverá a la norma que se observaba antes del aumento de la tasa de natalidad entre las liebres. Es decir, en un ecosistema estable también operan fuerzas internas (aunque no en el sentido físico de la palabra), buscando devolver el sistema a un estado de equilibrio estable si el sistema se desvía de él.

Se pueden observar efectos similares en los sistemas económicos. Una fuerte caída del precio de un producto provoca un aumento de la demanda por parte de los cazadores de gangas, una posterior reducción del inventario y, como consecuencia, un aumento del precio y una caída de la demanda del producto, y así sucesivamente hasta que el sistema regrese. a un estado de equilibrio estable de precios de oferta y demanda. (Naturalmente, en los sistemas reales, tanto ecológicos como económicos, pueden actuar factores externos que desvíen al sistema de un estado de equilibrio; por ejemplo, la caza estacional de zorros y/o liebres o la regulación gubernamental de precios y/o cuotas de consumo. Tal interferencia conduce a un equilibrio de desplazamiento, cuyo análogo en mecánica sería, por ejemplo, la deformación o inclinación de un cuenco).

Equilibrio inestable

Sin embargo, no todos los equilibrios son estables. Imagínese una pelota en equilibrio sobre la hoja de un cuchillo. La fuerza de gravedad dirigida estrictamente hacia abajo está evidentemente también completamente equilibrada por la fuerza de reacción del soporte dirigida hacia arriba. Pero tan pronto como el centro de la pelota se desvía del punto de reposo que cae sobre la línea de la pala, incluso en una fracción de milímetro (y para esto es suficiente una escasa influencia de fuerza), el equilibrio se altera instantáneamente y el La fuerza de gravedad comenzará a arrastrar la pelota cada vez más lejos de ella.

Un ejemplo de equilibrio natural inestable es el equilibrio térmico de la Tierra cuando los períodos de calentamiento global se alternan con nuevas edades de hielo y viceversa ( centímetro. ciclos de Milankovitch). La temperatura media anual de la superficie de nuestro planeta está determinada por el balance energético entre la radiación solar total que llega a la superficie y la radiación térmica total de la Tierra al espacio exterior. Este equilibrio térmico se vuelve inestable de la siguiente manera. Algunos inviernos hay más nieve de lo habitual. El próximo verano no hay suficiente calor para derretir el exceso de nieve, y el verano también es más frío de lo habitual debido a que, debido al exceso de nieve, la superficie de la Tierra refleja una mayor proporción de los rayos del sol al espacio que antes. . Debido a esto, el próximo invierno resulta aún más nevado y frío que el anterior, y el verano siguiente deja aún más nieve y hielo en la superficie, reflejando la energía solar al espacio... No es difícil ver que el Cuanto más se desvía un sistema climático global de este tipo del punto de partida del equilibrio térmico, más rápido crecen los procesos que alejan el clima de él. En última instancia, en la superficie de la Tierra en las regiones polares, durante muchos años de enfriamiento global, se forman muchos kilómetros de capas de glaciares, que inexorablemente se mueven hacia latitudes cada vez más bajas, trayendo consigo la próxima edad de hielo del planeta. Por eso es difícil imaginar un equilibrio más precario que el del clima global.

Un tipo de equilibrio inestable llamado metaestable, o equilibrio casi estable. Imagine una bola en una ranura estrecha y poco profunda, por ejemplo, en la hoja de un patín artístico girada hacia arriba. Una ligera desviación (un milímetro o dos) del punto de equilibrio provocará la aparición de fuerzas que devolverán la bola a un estado de equilibrio en el centro de la ranura. Sin embargo, un poco más de fuerza será suficiente para mover la pelota más allá de la zona de equilibrio metaestable y se caerá de la pala del patín. Los sistemas metaestables, por regla general, tienden a permanecer en un estado de equilibrio durante algún tiempo, después del cual se "separan" de él como resultado de cualquier fluctuación en las influencias externas y se "colapsan" en un proceso irreversible característico de los inestables. sistemas.

Un ejemplo típico de equilibrio casi estable se observa en los átomos de la sustancia de trabajo de ciertos tipos de instalaciones láser.

Los electrones de los átomos del fluido de trabajo del láser ocupan órbitas atómicas metaestables y permanecen en ellas hasta el paso del primer cuanto de luz, que los "golpea" de una órbita metaestable a una más baja y estable, emitiendo un nuevo cuanto de luz, coherente con el que pasa, que, a su vez, expulsa al electrón del siguiente átomo de una órbita metaestable, etc. Como resultado, se lanza una reacción similar a una avalancha de radiación de fotones coherentes, formando un rayo láser que, de hecho, , subyace a la acción de cualquier láser.

De ello se deduce que si la suma geométrica de todas las fuerzas externas aplicadas al cuerpo es igual a cero, entonces el cuerpo está en reposo o sufre un movimiento lineal uniforme. En este caso, se suele decir que las fuerzas aplicadas al cuerpo se equilibran entre sí. Al calcular la resultante, todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo se pueden aplicar al centro de masa.

Para que un cuerpo que no gira esté en equilibrio, es necesario que la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo sea igual a cero.

$(\overrightarrow(F))=(\overrightarrow(F_1))+(\overrightarrow(F_2))+...= 0$

Si un cuerpo puede girar alrededor de un determinado eje, entonces para su equilibrio no basta con que la resultante de todas las fuerzas sea cero.

El efecto giratorio de una fuerza depende no sólo de su magnitud, sino también de la distancia entre la línea de acción de la fuerza y ​​el eje de rotación.

La longitud de la perpendicular trazada desde el eje de rotación hasta la línea de acción de la fuerza se llama brazo de la fuerza.

El producto del módulo de fuerza $F$ y el brazo d se llama momento de fuerza M. Los momentos de aquellas fuerzas que tienden a girar el cuerpo en sentido antihorario se consideran positivos.

Regla de los momentos: un cuerpo que tiene un eje de rotación fijo está en equilibrio si la suma algebraica de los momentos de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo con respecto a este eje es igual a cero:

En el caso general, cuando un cuerpo puede moverse traslacionalmente y girar, para el equilibrio es necesario satisfacer ambas condiciones: que la fuerza resultante sea igual a cero y que la suma de todos los momentos de las fuerzas sea igual a cero. Ambas condiciones no son suficientes para la paz.

Una rueda que rueda sobre una superficie horizontal es un ejemplo de equilibrio indiferente (Fig. 1). Si la rueda se detiene en algún punto, estará en equilibrio. Junto con el equilibrio indiferente, la mecánica distingue entre estados de equilibrio estable e inestable.

Un estado de equilibrio se llama estable si, con pequeñas desviaciones del cuerpo de este estado, surgen fuerzas o pares que tienden a devolver el cuerpo a un estado de equilibrio.

Con una pequeña desviación del cuerpo de un estado de equilibrio inestable, surgen fuerzas o momentos de fuerza que tienden a sacar el cuerpo de la posición de equilibrio. Una pelota que reposa sobre una superficie horizontal plana se encuentra en un estado de equilibrio indiferente.

Figura 2. Varios tipos de equilibrio de una bola sobre un soporte. (1) -- equilibrio indiferente, (2) -- equilibrio inestable, (3) -- equilibrio estable

Una bola ubicada en el punto superior de una protuberancia esférica es un ejemplo de equilibrio inestable. Finalmente, la bola en el fondo del hueco esférico está en un estado de equilibrio estable (Fig. 2).

Para un cuerpo con un eje de rotación fijo, los tres tipos de equilibrio son posibles. El equilibrio de indiferencia ocurre cuando el eje de rotación pasa por el centro de masa. En equilibrio estable e inestable, el centro de masa está en una línea recta vertical que pasa por el eje de rotación. Además, si el centro de masa está por debajo del eje de rotación, el estado de equilibrio resulta estable. Si el centro de masa está ubicado sobre el eje, el estado de equilibrio es inestable (Fig. 3).

Figura 3. Equilibrio estable (1) e inestable (2) de un disco circular homogéneo fijado en el eje O; el punto C es el centro de masa del disco; $(\overrightarrow(F))_t\ $-- gravedad; $(\overrightarrow(F))_(y\ )$-- fuerza elástica del eje; d - hombro

Un caso especial es el equilibrio de un cuerpo sobre un soporte. En este caso, la fuerza elástica de apoyo no se aplica en un punto, sino que se distribuye por la base del cuerpo. Un cuerpo está en equilibrio si una línea vertical trazada por el centro de masa del cuerpo pasa por la zona de apoyo, es decir, por dentro del contorno formado por las líneas que conectan los puntos de apoyo. Si esta línea no cruza el área de apoyo, entonces el cuerpo se inclina.

Problema 1

El plano inclinado forma un ángulo de 30° con la horizontal (Fig. 4). Sobre él hay un cuerpo P cuya masa es m = 2 kg. La fricción se puede despreciar. Un hilo lanzado a través de un bloque forma un ángulo de 45° con un plano inclinado. ¿Con qué peso de la carga Q estará el cuerpo P en equilibrio?

Figura 4

El cuerpo está bajo la influencia de tres fuerzas: la fuerza de gravedad P, la tensión del hilo con la carga Q y la fuerza elástica F del lado del avión que lo presiona en dirección perpendicular al plano. Descompongamos la fuerza P en sus componentes: $\overrightarrow(P)=(\overrightarrow(P))_1+(\overrightarrow(P))_2$. Condición $(\overrightarrow(P))_2=$ Para el equilibrio, teniendo en cuenta la duplicación de la fuerza por el bloque en movimiento, es necesario que $\overrightarrow(Q)=-(2\overrightarrow(P))_1$ . De ahí la condición de equilibrio: $m_Q=2m(sin \widehat((\overrightarrow(P))_1(\overrightarrow(P))_2)\ )$. Sustituyendo los valores obtenemos: $m_Q=2\cdot 2(sin \left(90()^\circ -30()^\circ -45()^\circ \right)\ )=1.035\ kg$ .

Cuando hay viento, el globo atado no cuelga por encima del punto de la Tierra al que está conectado el cable (Fig. 5). La tensión del cable es de 200 kg, el ángulo con la vertical es a=30$()^\circ$. ¿Cuál es la fuerza de la presión del viento?

\[(\overrightarrow(F))_в=-(\overrightarrow(Т))_1;\ \ \ \ \left|(\overrightarrow(F))_в\right|=\left|(\overrightarrow(Т)) _1\right|=Тg(sin (\mathbf \alpha )\ )\] \[\left|(\overrightarrow(F))_в\right|=\ 200\cdot 9.81\cdot (sin 30()^\circ \ )=981\ N\]

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El equilibrio inestable se caracteriza por el hecho de que el sistema, al salir del equilibrio, no vuelve a su estado original, sino que pasa a otro estado estable. Los sistemas pueden estar en un estado de equilibrio inestable durante un corto período de tiempo. En la práctica, existen estados semiestables (metaestables) que son estables con respecto a un estado más distante. Los estados metaestables son posibles en los casos en que las funciones características tienen varios puntos extremos. Después de un cierto período de tiempo, el sistema, que se encuentra en un estado metaestable, pasa a un estado estable (estable).  

Un equilibrio inestable se diferencia de uno estable en que un sistema, al salir de un estado de equilibrio, no regresa a su estado original, sino que pasa a un nuevo estado estable de equilibrio.  

Un equilibrio inestable ocurre cuando alguna desviación de los precios de equilibrio crea fuerzas que tienden a alejar cada vez más los precios del estado de equilibrio. En el análisis de la oferta y la demanda, este fenómeno puede ocurrir cuando tanto la curva de oferta como la de demanda tienen una pendiente negativa y la curva de oferta cruza la curva de demanda desde arriba. Si lo cruza desde abajo, todavía se produce un equilibrio estable. Es posible que el estado de equilibrio no se produzca en absoluto. Utilizando el ejemplo de las curvas de oferta y demanda, se puede demostrar que hay casos en los que las curvas no se cruzan y, por tanto, no existe un precio de equilibrio, ya que no existe un precio que satisfaga tanto a los compradores como a los vendedores. Y, por último, las curvas de oferta y demanda pueden cruzarse más de una vez, y entonces puede haber varios precios de equilibrio, y en cada uno de ellos habrá un equilibrio estable.  

El equilibrio inestable se caracteriza por el hecho de que un cuerpo, desviado de su posición original, no regresa a ella y no permanece en la nueva posición. Y finalmente, si el cuerpo permanece en una nueva posición y no se esfuerza por volver a su posición original, entonces el equilibrio se llama indiferente.  

Un equilibrio inestable se diferencia de uno estable en que un sistema, al salir de un estado de equilibrio, no regresa a su estado original, sino que pasa a un nuevo estado de equilibrio estable.  

El equilibrio inestable se diferencia del equilibrio estable en que el sistema, al salir del estado (equilibrio), no regresa al estado original, sino que pasa a un nuevo estado de equilibrio estable.  

Equilibrio inestable, si el cuerpo, al ser retirado de la posición de equilibrio a la siguiente posición más cercana y luego abandonado a sí mismo, se desviará aún más de esta posición.  

El equilibrio inestable ocurre si un cuerpo, al ser llevado desde una posición de equilibrio a la posición más cercana y luego abandonado a sí mismo, se desvía aún más de esta posición de equilibrio.  

Un equilibrio inestable se diferencia de uno estable en que el sistema, al salir de un estado de equilibrio, no vuelve a su estado original, sino que pasa a un estado de equilibrio nuevo y, además, estable. Un equilibrio inestable no puede existir y por lo tanto no se considera en termodinámica.  

Un equilibrio inestable se diferencia de uno estable en que el sistema, al salir de un estado de equilibrio, no vuelve a su estado original, sino que pasa a un estado de equilibrio nuevo y, además, estable.  

El equilibrio inestable es prácticamente imposible, ya que es imposible aislar el sistema de influencias externas infinitesimales.  

El precario equilibrio entre la oferta y la demanda de petróleo y las perspectivas de una transición suave mediante el logro de una combinación energética óptima están alentando al mundo a interesarse seriamente en encontrar alternativas al petróleo para fomentar la conservación del petróleo, así como en promulgar leyes para conservar la energía. Finalmente, se ofrecen algunas reflexiones sobre cómo la cooperación puede ayudar al mundo a evitar una escasez catastrófica durante este período de transición.  

La estática es la rama de la mecánica que estudia las condiciones de equilibrio de los cuerpos.

De la segunda ley de Newton se deduce que si la suma geométrica de todas las fuerzas externas aplicadas a un cuerpo es igual a cero, entonces el cuerpo está en reposo o sufre un movimiento lineal uniforme. En este caso, se acostumbra decir que las fuerzas aplicadas al cuerpo. balance entre sí. Al calcular resultante todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se pueden aplicar a centro de masa .

Para que un cuerpo que no gira esté en equilibrio, es necesario que la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo sea igual a cero.

En la figura. 1.14.1 da un ejemplo del equilibrio de un cuerpo rígido bajo la acción de tres fuerzas. Punto de intersección oh líneas de acción de fuerzas y no coincide con el punto de aplicación de la gravedad (centro de masa do), pero en equilibrio estos puntos están necesariamente en la misma vertical. Al calcular la resultante, todas las fuerzas se reducen a un punto.

Si el cuerpo puede girar relativo a algún eje, entonces para su equilibrio No basta con que la resultante de todas las fuerzas sea cero.

Si un cuerpo puede girar alrededor de un determinado eje, entonces para su equilibrio no basta con que la resultante de todas las fuerzas sea cero.

La longitud de la perpendicular trazada desde el eje de rotación hasta la línea de acción de la fuerza se llama hombro de fuerza.

Producto del módulo de fuerza por brazo d llamado momento de fuerza METRO. Los momentos de aquellas fuerzas que tienden a girar el cuerpo en sentido antihorario se consideran positivos (figura 1.14.2).

Regla de los momentos : un cuerpo que tiene un eje de rotación fijo está en equilibrio si la suma algebraica de los momentos de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo con respecto a este eje es igual a cero:

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), los momentos de fuerzas se miden en norteNewton- metros (N∙m) .

En el caso general, cuando un cuerpo puede moverse traslacionalmente y girar, para el equilibrio es necesario satisfacer ambas condiciones: que la fuerza resultante sea igual a cero y que la suma de todos los momentos de las fuerzas sea igual a cero.

Aquí hay una captura de pantalla del juego sobre equilibrio.

Una rueda que rueda sobre una superficie horizontal: un ejemplo equilibrio indiferente(Figura 1.14.3). Si la rueda se detiene en algún punto, estará en equilibrio. Junto al equilibrio indiferente en mecánica, existen estados sostenible Y inestable balance.

Un estado de equilibrio se llama estable si, con pequeñas desviaciones del cuerpo de este estado, surgen fuerzas o pares que tienden a devolver el cuerpo a un estado de equilibrio.

Con una pequeña desviación del cuerpo de un estado de equilibrio inestable, surgen fuerzas o momentos de fuerza que tienden a sacar el cuerpo de la posición de equilibrio.

Una pelota que reposa sobre una superficie horizontal plana se encuentra en un estado de equilibrio indiferente. Una bola ubicada en la parte superior de una protuberancia esférica es un ejemplo de equilibrio inestable. Finalmente, la bola en el fondo del hueco esférico está en un estado de equilibrio estable (figura 1.14.4).

Para un cuerpo con un eje de rotación fijo, los tres tipos de equilibrio son posibles. El equilibrio de indiferencia ocurre cuando el eje de rotación pasa por el centro de masa. En equilibrio estable e inestable, el centro de masa está en una línea recta vertical que pasa por el eje de rotación. Además, si el centro de masa está por debajo del eje de rotación, el estado de equilibrio resulta estable. Si el centro de masa está ubicado sobre el eje, el estado de equilibrio es inestable (figura 1.14.5).

Un caso especial es el equilibrio de un cuerpo sobre un soporte. En este caso, la fuerza elástica de apoyo no se aplica en un punto, sino que se distribuye por la base del cuerpo. Un cuerpo está en equilibrio si una línea vertical trazada por el centro de masa del cuerpo pasa por área de apoyo, es decir, dentro del contorno formado por líneas que conectan los puntos de apoyo. Si esta línea no cruza el área de apoyo, entonces el cuerpo se inclina. Un ejemplo interesante del equilibrio de un cuerpo sobre un soporte es la torre inclinada de la ciudad italiana de Pisa (Fig. 1.14.6), que, según la leyenda, fue utilizada por Galileo al estudiar las leyes de la caída libre de los cuerpos. La torre tiene forma de cilindro con una altura de 55 m y un radio de 7 m. La parte superior de la torre está desviada de la vertical 4,5 m.

Una línea vertical trazada a través del centro de masa de la torre corta la base aproximadamente a 2,3 m de su centro. Por tanto, la torre se encuentra en un estado de equilibrio. El equilibrio se romperá y la torre caerá cuando la desviación de su cima respecto de la vertical alcance los 14 m. Al parecer, esto no sucederá muy pronto.

78. Tipos de equilibrio: ángulo de estabilidad, condiciones para mantener el equilibrio corporal.

En los ejercicios físicos, una persona a menudo necesita mantener una posición corporal estacionaria, por ejemplo, posiciones iniciales (inicial), posiciones finales (fijando la barra después de levantarla), posiciones intermedias (descansando en ángulo sobre los anillos). En todos estos casos, el cuerpo humano como sistema biomecánico está en equilibrio. Los cuerpos conectados a la persona que mantiene la posición (por ejemplo, una barra, un compañero de acrobacia) también pueden estar en equilibrio. Para mantener la posición del cuerpo, una persona debe estar en equilibrio. La posición del cuerpo está determinada por su postura, su orientación y ubicación en el espacio, así como por su relación con el soporte. En consecuencia, para mantener la posición del cuerpo, una persona necesita fijar la postura y no permitir que las fuerzas aplicadas cambien la postura y muevan su cuerpo desde un lugar determinado en cualquier dirección o lo hagan girar con respecto al soporte.

Fuerzas equilibradas manteniendo la posición.

Al sistema biomecánico se aplican las fuerzas de gravedad, reacción del suelo, peso y tracción muscular de un compañero u oponente y otras, que pueden ser fuerzas tanto perturbadoras como equilibrantes, dependiendo de la posición de las partes del cuerpo con respecto a su soporte.

En todos los casos, cuando una persona mantiene una posición, un sistema variable de cuerpos (no un cuerpo absolutamente rígido o un punto material) está en equilibrio.

Durante los ejercicios físicos, mientras se mantiene la posición, las fuerzas de gravedad de su cuerpo y el peso de otros cuerpos se aplican con mayor frecuencia al cuerpo humano, así como las fuerzas de reacción de apoyo que impiden la caída libre. Sin la participación de la tracción muscular, solo se mantienen posiciones pasivas (por ejemplo, tumbado en el suelo, en el agua).

En posiciones activas, el sistema de cuerpos mutuamente móviles (vínculos corporales), debido a la tensión muscular, parece endurecerse y volverse similar a un solo cuerpo sólido; Los músculos humanos, a través de su trabajo estático, aseguran la preservación tanto de la postura como de la posición en el espacio. Esto significa que en posiciones activas, para mantener el equilibrio, a las fuerzas externas se suman fuerzas internas de tracción muscular.

Todas las fuerzas externas se dividen en perturbar (voltear, desviar), que tienen como objetivo cambiar la posición del cuerpo, y equilibrio, que equilibran la acción de las fuerzas perturbadoras. Las fuerzas de tracción muscular suelen servir como fuerzas de equilibrio. Pero en determinadas condiciones también pueden ser fuerzas perturbadoras, es decir, dirigidas a cambiar tanto la postura como la ubicación del cuerpo en el espacio.

Condiciones para el equilibrio de un sistema de cuerpos.

Para el equilibrio del cuerpo humano (sistema de cuerpos), es necesario que el vector principal y el momento principal de las fuerzas externas sean iguales a cero, y que todas las fuerzas internas aseguren la preservación de la postura (forma del sistema).

Si el vector principal y el momento principal son cero, el cuerpo no se moverá ni girará, sus aceleraciones lineales y angulares son cero. Para un sistema de cuerpos, estas condiciones también son necesarias, pero ya no son suficientes. El equilibrio del cuerpo humano como sistema de cuerpos también requiere mantener la postura corporal. Cuando los músculos son lo suficientemente fuertes y una persona sabe cómo utilizar su fuerza, permanecerá en una posición muy difícil. Una persona menos fuerte no puede mantener esa posición, aunque el equilibrio es posible según la ubicación y la magnitud de las fuerzas externas. Diferentes personas tienen sus propias posturas limitantes que aún pueden mantener.

Tipos de equilibrio de cuerpo rígido

El tipo de equilibrio de un cuerpo sólido está determinado por la acción de la gravedad en el caso de una desviación arbitrariamente pequeña: a) equilibrio indiferente: la acción de la gravedad no cambia; b) estable: siempre devuelve el cuerpo a su posición anterior (surge un momento de estabilidad); c) inestable: la acción de la gravedad siempre hace que el cuerpo se vuelque (se produce un momento de vuelco); d) estable limitado: antes de la barrera potencial, se restablece la posición del cuerpo (se produce un momento de estabilidad), después de lo cual el cuerpo se vuelca (se produce un momento de vuelco).

En mecánica de sólidos existen tres tipos de equilibrio: indiferente, estable e inestable. Estas especies se diferencian en el comportamiento del cuerpo, desviándose ligeramente de una posición equilibrada. Cuando el cuerpo humano mantiene completamente su postura (“solidificación”), se le aplican las leyes del equilibrio del cuerpo rígido.

Equilibrio indiferente Se caracteriza por el hecho de que, a pesar de cualquier desviación, se mantiene el equilibrio. Una bola, cilindro, cono circular en un plano horizontal (soporte inferior) se puede girar de cualquier forma y permanecerán en reposo. La línea de acción de la gravedad (G) en dicho cuerpo (línea de gravedad) siempre pasa por el punto de apoyo y coincide con la línea de acción de la fuerza de reacción del soporte (R); se equilibran entre sí. En la tecnología deportiva, prácticamente nunca se encuentra un equilibrio indiferente ni en tierra ni en el agua.

Equilibrio estable caracterizado por un retorno a la posición anterior con cualquier desviación. Es estable ante desviaciones arbitrariamente pequeñas por dos razones; a) el centro de gravedad del cuerpo se eleva más (h), se crea una reserva de energía potencial en el campo gravitacional; b) la línea de gravedad (G) no pasa por el soporte, aparece un hombro de gravedad (d) y surge un momento de gravedad (momento de estabilidad Must = Gd), devolviendo el cuerpo (con una disminución de la energía potencial) a su posición anterior. Este tipo de equilibrio se produce en humanos con apoyo superior. Por ejemplo, una gimnasta colgada de las anillas; brazo colgando libremente en la articulación del hombro. La fuerza de gravedad del propio cuerpo lo devuelve a su posición anterior.

Equilibrio inestable caracterizado por el hecho de que por pequeña que sea una desviación provoca una desviación aún mayor y el propio cuerpo no puede volver a su posición anterior. Esta es la posición con apoyo inferior, cuando el cuerpo tiene un punto o línea (borde del cuerpo) de apoyo. Cuando el cuerpo se desvía: a) el centro de gravedad cae por debajo de (- h), la energía potencial en el campo gravitacional disminuye; b) la línea de gravedad (G) con la desviación del cuerpo se aleja del fulcro, el hombro (d) y el momento de gravedad aumentan (momento de vuelco Mopr. = Gd); desvía el cuerpo cada vez más de su posición anterior. Un equilibrio inestable en la naturaleza es prácticamente imposible de lograr.

En los ejercicios físicos, otro tipo de equilibrio se produce con mayor frecuencia cuando hay una zona de apoyo situada debajo (soporte inferior). Con una ligera desviación del cuerpo, su centro de gravedad se eleva (+ h) y aparece un momento de estabilidad (Must = Gd). Hay señales de un equilibrio estable; el momento de gravedad del cuerpo lo devolverá a su posición anterior. Pero esto sólo continúa cuando se desvía hasta ciertos límites, hasta que la línea de gravedad alcanza el borde de la zona de apoyo. En esta posición ya surgen condiciones de equilibrio inestable: con una mayor desviación el cuerpo se vuelca; a la menor desviación en sentido contrario, vuelve a su posición anterior. El límite de la zona de apoyo corresponde a la parte superior de la "barrera potencial" (energía potencial máxima). Dentro de los límites entre barreras opuestas (“agujero potencial”), se produce un equilibrio estable limitado en todas las direcciones.

La estabilidad de un objeto se caracteriza por su capacidad, contrarrestando el desequilibrio, de mantener su posición. Hay indicadores estáticos de estabilidad como la capacidad de resistir el desequilibrio y indicadores dinámicos como la capacidad de restablecer el equilibrio.

Indicador estático de estabilidad de un cuerpo sólido. sirve (en equilibrio estable limitado) como coeficiente de estabilidad. Es igual a la relación entre el momento límite de estabilidad y el momento de vuelco. Cuando el coeficiente de estabilidad de un cuerpo en reposo es igual a la unidad o mayor que ésta, no hay vuelco. Si es menor que uno, no se puede mantener el equilibrio. Sin embargo, la resistencia de sólo estos dos factores mecánicos (dos momentos de fuerza) para un sistema de cuerpos, si puede cambiar de configuración, no agota el panorama real. En consecuencia, el coeficiente de estabilidad de un cuerpo y de un sistema fijo de cuerpos caracteriza la estabilidad estática como la capacidad de resistir el desequilibrio. Al determinar la estabilidad de una persona, siempre es necesario tener en cuenta la resistencia activa de la tracción muscular y la disposición para la resistencia.

Indicador dinámico de estabilidad de un cuerpo sólido. sirve como ángulo de estabilidad. Es el ángulo formado por la línea de acción de la gravedad y la recta que une el centro de gravedad con el borde correspondiente de la zona de apoyo. El significado físico del ángulo de estabilidad es que es igual al ángulo de rotación a través del cual se debe girar el cuerpo para comenzar a volcar. El ángulo de estabilidad muestra hasta qué punto todavía se restablece el equilibrio. Caracteriza el grado de estabilidad dinámica: si el ángulo es mayor, entonces la estabilidad es mayor. Este indicador es conveniente para comparar el grado de estabilidad de un cuerpo en diferentes direcciones (si el área de apoyo no es un círculo y la línea de gravedad no pasa por su centro).

La suma de dos ángulos de estabilidad en un plano se considera como ángulo de equilibrio en ese plano. Caracteriza el margen de estabilidad en un plano determinado, es decir, determina el rango de movimientos del centro de gravedad ante un posible vuelco en una dirección u otra (por ejemplo, para un practicante de slalom mientras esquía, un gimnasta en una barra de equilibrio, un luchador en posición de pie).

En el caso del equilibrio de un sistema biomecánico, se deben tener en cuenta aclaraciones importantes para aplicar indicadores de estabilidad dinámica.

En primer lugar, la zona de apoyo humano efectivo no siempre coincide con la superficie del apoyo. En una persona, como en un cuerpo sólido, la superficie de apoyo está limitada por líneas que conectan los puntos extremos de apoyo (o los bordes exteriores de varias áreas de apoyo). Pero en los humanos, el límite del área de apoyo efectivo a menudo se encuentra dentro del contorno del apoyo, ya que los tejidos blandos (pies descalzos) o los eslabones débiles (las falanges finales de los dedos en una parada de manos en el suelo) no pueden equilibrar el carga. Por lo tanto, la línea de inclinación se desplaza hacia adentro desde el borde de la superficie de soporte, el área de soporte efectivo es menor que el área de la superficie de soporte.

En segundo lugar, una persona nunca desvía todo su cuerpo con respecto a la línea de vuelco (como un cubo), sino que se mueve con respecto a los ejes de cualquier articulación sin mantener completamente su postura (por ejemplo, cuando está de pie, hay movimiento en las articulaciones del tobillo). .

En tercer lugar, al acercarse a la posición límite, a menudo resulta difícil mantener la postura y no sólo se produce el vuelco del "cuerpo endurecido" alrededor de la línea de vuelco, sino un cambio de postura en caso de caída. Esto difiere significativamente de la desviación y el vuelco de un cuerpo rígido alrededor del borde de vuelco (inclinación).

Por tanto, los ángulos de estabilidad en un equilibrio estable limitado caracterizan la estabilidad dinámica como la capacidad de restablecer el equilibrio. Al determinar la estabilidad del cuerpo humano, también es necesario tener en cuenta los límites de la zona de apoyo efectiva, la seguridad de mantener la postura hasta la posición límite del cuerpo y la línea de inclinación real.