Le concept d'équilibre est l'un des plus universels des sciences naturelles. Cela s’applique à n’importe quel système, qu’il s’agisse d’un système de planètes se déplaçant sur des orbites stationnaires autour d’une étoile ou d’une population de poissons tropicaux dans le lagon d’un atoll. Mais le moyen le plus simple de comprendre le concept d’état d’équilibre d’un système consiste à prendre l’exemple des systèmes mécaniques. En mécanique, un système est considéré comme en équilibre si toutes les forces agissant sur lui sont complètement équilibrées les unes par rapport aux autres, c'est-à-dire qu'elles s'annulent. Si vous lisez ce livre, par exemple assis sur une chaise, alors vous êtes dans un état d'équilibre, puisque la force de gravité qui vous tire vers le bas est entièrement compensée par la force de pression de la chaise sur votre corps, agissant depuis le de bas en haut. Vous ne tombez pas et vous ne volez pas précisément parce que vous êtes en état d'équilibre.

Il existe trois types d'équilibre, correspondant à trois situations physiques.

Solde stable

C’est ce que la plupart des gens entendent habituellement par « équilibre ».

Imaginez une balle au fond d'un bol sphérique. Au repos, elle est située strictement au centre du bol, là où l'action de l'attraction gravitationnelle de la Terre est contrebalancée par la force de réaction du support, dirigée strictement vers le haut, et la balle y repose exactement comme vous vous reposez sur votre chaise. . Si vous éloignez la balle du centre, en la faisant rouler latéralement et vers le bord du bol, dès que vous la relâchez, elle reviendra immédiatement vers le point le plus profond du centre du bol - dans la direction de la position d’équilibre stable.

Dans la nature, il existe de nombreux exemples d’équilibre stable dans divers systèmes (et pas seulement mécaniques). Prenons par exemple les relations prédateurs-proies dans un écosystème. Le rapport entre le nombre de populations fermées de prédateurs et leurs victimes atteint rapidement un état d'équilibre - autant de lièvres dans la forêt d'année en année représentent de manière stable autant de renards, relativement parlant. Si, pour une raison quelconque, la taille de la population de proies change fortement (en raison d'une augmentation de la natalité des lièvres, par exemple), l'équilibre écologique sera très vite rétabli en raison de l'augmentation rapide du nombre de prédateurs, qui commencera exterminer les lièvres à un rythme accéléré jusqu'à ce que le nombre de lièvres revienne à la normale et ne commence pas à mourir de faim eux-mêmes, ramenant leur propre population à la normale, ce qui entraînera un retour de la population de lièvres et de renards à la norme observée avant la forte hausse de la natalité des lièvres. Autrement dit, dans un écosystème stable, des forces internes opèrent également (mais pas au sens physique du terme), cherchant à ramener le système à un état d'équilibre stable si le système s'en écarte.

Des effets similaires peuvent être observés dans les systèmes économiques. Une forte baisse du prix d'un produit entraîne une augmentation de la demande de la part des chasseurs de bonnes affaires, une réduction ultérieure des stocks et, par conséquent, une augmentation du prix et une baisse de la demande du produit - et ainsi de suite jusqu'au retour du système. à un état d’équilibre des prix stable entre l’offre et la demande. (Naturellement, dans les systèmes réels, tant écologiques qu'économiques, des facteurs externes peuvent agir et faire dévier le système d'un état d'équilibre - par exemple, la chasse saisonnière aux renards et/ou aux lièvres ou la réglementation gouvernementale des prix et/ou les quotas de consommation. De telles interférences conduisent à un équilibre de déplacement, dont l'analogue en mécanique serait, par exemple, la déformation ou l'inclinaison d'un bol.)

Équilibre instable

Cependant, tous les équilibres ne sont pas stables. Imaginez une balle en équilibre sur une lame de couteau. La force de gravité dirigée strictement vers le bas dans ce cas est évidemment également complètement équilibrée par la force de réaction d'appui dirigée vers le haut. Mais dès que le centre de la balle est dévié du point de repos et tombe sur la ligne de la lame, même d'une fraction de millimètre (et pour cela, une infime force suffit), l'équilibre sera instantanément rompu et la force de gravité commencera à entraîner la balle de plus en plus loin.

Un exemple d'équilibre naturel instable est le bilan thermique de la Terre lorsque des périodes de réchauffement climatique alternent avec de nouvelles périodes glaciaires et vice versa ( cm. Cycles de Milankovitch). La température annuelle moyenne à la surface de notre planète est déterminée par le bilan énergétique entre le rayonnement solaire total atteignant la surface et le rayonnement thermique total de la Terre vers l'espace. Ce bilan thermique devient instable de la manière suivante. Certains hivers, il y a plus de neige que d'habitude. L'été suivant, il n'y a pas assez de chaleur pour faire fondre l'excès de neige, et l'été est également plus froid que d'habitude car, en raison de l'excès de neige, la surface de la Terre réfléchit une plus grande part des rayons du soleil vers l'espace qu'auparavant. . De ce fait, l'hiver suivant s'avère encore plus enneigé et plus froid que le précédent, et l'été suivant laisse encore plus de neige et de glace à la surface, réfléchissant l'énergie solaire dans l'espace... Il n'est pas difficile de voir que le Plus un tel système climatique global s’écarte du point de départ de l’équilibre thermique, plus les processus qui éloignent le climat de celui-ci se développent rapidement. En fin de compte, à la surface de la Terre dans les régions polaires, au cours de nombreuses années de refroidissement global, de nombreux kilomètres de couches de glaciers se forment, qui se déplacent inexorablement vers des latitudes de plus en plus basses, entraînant avec elles la prochaine période glaciaire sur la planète. Il est donc difficile d’imaginer un équilibre plus précaire que celui du climat mondial.

Un type d’équilibre instable appelé métastable, ou équilibre quasi stable. Imaginez une balle dans une rainure étroite et peu profonde - par exemple, sur la lame d'un patin artistique tournée vers le haut. Un léger écart - un millimètre ou deux - par rapport au point d'équilibre entraînera l'émergence de forces qui ramèneront la balle à un état d'équilibre au centre de la rainure. Cependant, un peu plus de force suffira pour déplacer la balle au-delà de la zone d'équilibre métastable et elle tombera de la lame du patin. Les systèmes métastables, en règle générale, ont la propriété de rester dans un état d'équilibre pendant un certain temps, après quoi ils « s'en détachent » en raison de toute fluctuation des influences extérieures et « s'effondrent » dans un processus irréversible caractéristique des systèmes instables. systèmes.

Un exemple typique d'équilibre quasi-stable est observé dans les atomes de la substance active de certains types d'installations laser.

Les électrons dans les atomes du fluide de travail du laser occupent des orbites atomiques métastables et y restent jusqu'au passage du premier quantum de lumière, qui les « fait passer » d'une orbite métastable à une orbite stable inférieure, émettant un nouveau quantum de lumière, cohérent avec celui qui passe, qui, à son tour, fait sortir l'électron de l'atome suivant d'une orbite métastable, etc. En conséquence, une réaction de type avalanche de rayonnement de photons cohérents est lancée, formant un faisceau laser qui, en fait , est à la base de l'action de tout laser.

Il s'ensuit que si la somme géométrique de toutes les forces externes appliquées au corps est égale à zéro, alors le corps est au repos ou subit un mouvement linéaire uniforme. Dans ce cas, il est d'usage de dire que les forces appliquées au corps s'équilibrent. Lors du calcul de la résultante, toutes les forces agissant sur le corps peuvent être appliquées au centre de masse.

Pour qu’un corps non rotatif soit en équilibre, il faut que la résultante de toutes les forces appliquées au corps soit égale à zéro.

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

Si un corps peut tourner autour d'un certain axe, alors pour son équilibre, il ne suffit pas que la résultante de toutes les forces soit nulle.

L’effet rotatif d’une force dépend non seulement de son ampleur, mais aussi de la distance entre la ligne d’action de la force et l’axe de rotation.

La longueur de la perpendiculaire tracée depuis l’axe de rotation jusqu’à la ligne d’action de la force est appelée le bras de la force.

Le produit du module de force $F$ et du bras d est appelé moment de force M. Les moments des forces qui tendent à faire tourner le corps dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sont considérés comme positifs.

Règle des moments : un corps ayant un axe de rotation fixe est en équilibre si la somme algébrique des moments de toutes les forces appliquées au corps par rapport à cet axe est égale à zéro :

Dans le cas général, lorsqu'un corps peut se déplacer en translation et tourner, pour l'équilibre il faut satisfaire aux deux conditions : la force résultante étant égale à zéro et la somme de tous les moments de forces étant égale à zéro. Ces deux conditions ne suffisent pas pour la paix.

Une roue roulant sur une surface horizontale est un exemple d'équilibre indifférent (Fig. 1). Si la roue est arrêtée à un moment donné, elle sera en équilibre. Parallèlement à l'équilibre indifférent, la mécanique distingue les états d'équilibre stable et instable.

Un état d'équilibre est dit stable si, avec de petits écarts du corps par rapport à cet état, des forces ou des moments de force apparaissent qui tendent à ramener le corps à un état d'équilibre.

Avec une légère déviation du corps par rapport à un état d'équilibre instable, des forces ou des moments de force apparaissent qui tendent à retirer le corps de la position d'équilibre. Une balle posée sur une surface horizontale plane est dans un état d'équilibre indifférent.

Figure 2. Différents types d'équilibre d'une balle sur un support. (1) -- équilibre indifférent, (2) -- équilibre instable, (3) -- équilibre stable

Une boule située au sommet d'une saillie sphérique est un exemple d'équilibre instable. Enfin, la boule au fond de l'évidement sphérique est dans un état d'équilibre stable (Fig. 2).

Pour un corps avec un axe de rotation fixe, les trois types d’équilibre sont possibles. L'équilibre d'indifférence se produit lorsque l'axe de rotation passe par le centre de masse. En équilibre stable et instable, le centre de masse se trouve sur une droite verticale passant par l’axe de rotation. De plus, si le centre de masse est en dessous de l’axe de rotation, l’état d’équilibre s’avère stable. Si le centre de masse est situé au-dessus de l'axe, l'état d'équilibre est instable (Fig. 3).

Figure 3. Équilibre stable (1) et instable (2) d'un disque circulaire homogène fixé sur l'axe O ; le point C est le centre de masse du disque ; $(\overrightarrow(F))_t\ $-- gravité ; $(\overrightarrow(F))_(y\ )$-- force élastique de l'axe ; d -- épaule

Un cas particulier est l'équilibre d'un corps sur un support. Dans ce cas, la force d'appui élastique n'est pas appliquée en un seul point, mais est répartie sur la base du corps. Un corps est en équilibre si une ligne verticale passant par le centre de masse du corps passe par la zone d'appui, c'est-à-dire à l'intérieur du contour formé par les lignes reliant les points d'appui. Si cette ligne ne coupe pas la zone d'appui, alors le corps bascule.

Problème 1

Le plan incliné est incliné d'un angle de 30o par rapport à l'horizontale (Fig. 4). Il y a un corps P dessus dont la masse est m = 2 kg. Les frictions peuvent être négligées. Un fil lancé à travers un bloc fait un angle de 45° avec un plan incliné. A quel poids de la charge Q le corps P sera-t-il en équilibre ?

Figure 4

Le corps est sous l'influence de trois forces : la force de gravité P, la tension du fil avec la charge Q et la force élastique F du côté du plan appuyant dessus dans la direction perpendiculaire au plan. Décomposons la force P en ses composantes : $\overrightarrow(P)=(\overrightarrow(P))_1+(\overrightarrow(P))_2$. Condition $(\overrightarrow(P))_2=$ Pour l'équilibre, compte tenu du doublement de la force par le bloc en mouvement, il faut que $\overrightarrow(Q)=-(2\overrightarrow(P))_1$ . D'où la condition d'équilibre : $m_Q=2m(sin \widehat((\overrightarrow(P))_1(\overrightarrow(P))_2)\ )$. En remplaçant les valeurs, nous obtenons : $m_Q=2\cdot 2(sin \left(90()^\circ -30()^\circ -45()^\circ \right)\ )=1.035\ kg$ .

Lorsqu'il y a du vent, le ballon captif ne pend pas au-dessus du point de la Terre auquel le câble est attaché (Fig. 5). La tension du câble est de 200 kg, l'angle avec la verticale est a=30$()^\circ$. Quelle est la force de la pression du vent ?

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

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L'équilibre instable se caractérise par le fait que le système, sorti de l'équilibre, ne revient pas à son état d'origine, mais passe dans un autre état stable. Les systèmes peuvent être dans un état d’équilibre instable pendant une courte période. En pratique, il existe des états semi-stables (métastables) qui sont stables par rapport à un état plus éloigné. Des états métastables sont possibles dans les cas où les fonctions caractéristiques ont plusieurs points extremum. Après un certain temps, le système, qui est dans un état métastable, passe dans un état stable (stable).  

Un équilibre instable diffère d'un équilibre stable en ce sens qu'un système, étant sorti d'un état d'équilibre, ne revient pas à son état d'origine, mais passe dans un nouvel état d'équilibre stable.  

Un équilibre instable se produit lorsqu’un certain écart par rapport aux prix d’équilibre crée des forces qui tendent à éloigner de plus en plus les prix de l’état d’équilibre. Dans l’analyse de l’offre et de la demande, ce phénomène peut se produire lorsque les courbes d’offre et de demande ont une pente négative et que la courbe d’offre coupe la courbe de demande par le haut. S'il le traverse par le bas, un équilibre stable se produit toujours. L’état d’équilibre peut ne pas se produire du tout. En utilisant l'exemple des courbes d'offre et de demande, on peut montrer qu'il existe des cas dans lesquels les courbes ne se croisent pas et, par conséquent, il n'y a pas de prix d'équilibre, puisqu'il n'y a pas de prix qui satisferait à la fois les acheteurs et les vendeurs. Et enfin, les courbes d'offre et de demande peuvent se croiser plus d'une fois, et alors il peut y avoir plusieurs prix d'équilibre, et à chacun d'eux il y aura un équilibre stable.  

L'équilibre instable se caractérise par le fait qu'un corps, dévié de sa position initiale, n'y revient pas et ne reste pas dans la nouvelle position. Et enfin, si le corps reste dans une nouvelle position et ne s'efforce pas de revenir à sa position initiale, alors l'équilibre est dit indifférent.  

Un équilibre instable diffère d'un équilibre stable en ce sens qu'un système, étant sorti d'un état d'équilibre, ne revient pas à son état d'origine, mais passe dans un nouvel état d'équilibre stable.  

L'équilibre instable diffère de l'équilibre stable en ce que le système, étant retiré de l'état (équilibre), ne revient pas à l'état d'origine, mais passe dans un nouvel état d'équilibre stable.  

Équilibre instable, si le corps, étant retiré de la position d'équilibre vers la position la plus proche puis laissé à lui-même, s'écartera encore plus de cette position.  

Un équilibre instable se produit si un corps, amené d'une position d'équilibre à la position la plus proche puis laissé à lui-même, s'écarte encore plus de cette position d'équilibre.  

Un équilibre instable diffère d'un équilibre stable en ce que le système, étant sorti d'un état d'équilibre, ne revient pas à son état d'origine, mais passe dans un nouvel état d'équilibre, de plus, stable. Un équilibre instable ne peut pas exister et n’est donc pas pris en compte en thermodynamique.  

Un équilibre instable diffère d'un équilibre stable en ce que le système, étant sorti d'un état d'équilibre, ne revient pas à son état d'origine, mais passe dans un nouvel état d'équilibre, de plus, stable.  

Un équilibre instable est pratiquement impossible, puisqu’il est impossible d’isoler le système des influences extérieures infinitésimales.  

L’équilibre précaire entre l’offre et la demande de pétrole et les perspectives d’une transition en douceur grâce à la réalisation d’un mix énergétique optimal encouragent le monde à s’intéresser sérieusement à la recherche d’alternatives au pétrole pour encourager la conservation du pétrole, ainsi qu’à l’adoption de lois pour économiser l’énergie. Enfin, quelques réflexions sont proposées sur la manière dont la coopération peut aider le monde à éviter des pénuries catastrophiques pendant cette période de transition.  

La statique est la branche de la mécanique qui étudie les conditions d'équilibre des corps.

De la deuxième loi de Newton, il résulte que si la somme géométrique de toutes les forces externes appliquées à un corps est égale à zéro, alors le corps est au repos ou subit un mouvement linéaire uniforme. Dans ce cas, il est d'usage de dire que les forces appliquées au corps équilibre l'un l'autre. Lors du calcul résultant toutes les forces agissant sur un corps peuvent être appliquées à centre de masse .

Pour qu’un corps non rotatif soit en équilibre, il faut que la résultante de toutes les forces appliquées au corps soit égale à zéro.

Sur la fig. 1.14.1 donne un exemple de l'équilibre d'un corps rigide sous l'action de trois forces. Point d'intersection Ô lignes d'action des forces et ne coïncide pas avec le point d'application de la gravité (centre de masse C), mais à l’équilibre ces points sont nécessairement sur la même verticale. Lors du calcul de la résultante, toutes les forces sont réduites à un point.

Si le corps peut tourner par rapport à un axe, alors pour son équilibre Il ne suffit pas que la résultante de toutes les forces soit nulle.

Si un corps peut tourner autour d'un certain axe, alors pour son équilibre, il ne suffit pas que la résultante de toutes les forces soit nulle.

La longueur de la perpendiculaire tracée depuis l'axe de rotation jusqu'à la ligne d'action de la force est appelée épaule de force.

Produit du module de force par bras d appelé moment de force M. Les moments de ces forces qui tendent à faire tourner le corps dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sont considérés comme positifs (Fig. 1.14.2).

Règle des moments : un corps ayant un axe de rotation fixe est en équilibre si la somme algébrique des moments de toutes les forces appliquées au corps par rapport à cet axe est égale à zéro :

Dans le Système international d'unités (SI), les moments de forces sont mesurés en NNewton- mètres (N∙m) .

Dans le cas général, lorsqu'un corps peut se déplacer en translation et tourner, pour l'équilibre il faut satisfaire aux deux conditions : la force résultante étant égale à zéro et la somme de tous les moments de forces étant égale à zéro.

voici une capture d'écran du jeu sur l'équilibre

Une roue roulant sur une surface horizontale – un exemple équilibre indifférent(Fig. 1.14.3). Si la roue est arrêtée à un moment donné, elle sera en équilibre. Parallèlement à l'équilibre indifférent, la mécanique distingue les états durable Et instableéquilibre.

Un état d'équilibre est dit stable si, avec de petits écarts du corps par rapport à cet état, des forces ou des moments de force apparaissent qui tendent à ramener le corps à un état d'équilibre.

Avec une légère déviation du corps par rapport à un état d'équilibre instable, des forces ou des moments de force apparaissent qui tendent à retirer le corps de la position d'équilibre.

Une balle posée sur une surface horizontale plane est dans un état d'équilibre indifférent. Une boule située au sommet d'une saillie sphérique est un exemple d'équilibre instable. Enfin, la boule au fond de l'évidement sphérique est dans un état d'équilibre stable (Fig. 1.14.4).

Pour un corps avec un axe de rotation fixe, les trois types d’équilibre sont possibles. L'équilibre d'indifférence se produit lorsque l'axe de rotation passe par le centre de masse. En équilibre stable et instable, le centre de masse se trouve sur une droite verticale passant par l’axe de rotation. De plus, si le centre de masse est en dessous de l’axe de rotation, l’état d’équilibre s’avère stable. Si le centre de masse est situé au-dessus de l'axe, l'état d'équilibre est instable (Fig. 1.14.5).

Un cas particulier est l'équilibre d'un corps sur un support. Dans ce cas, la force d'appui élastique n'est pas appliquée en un seul point, mais est répartie sur la base du corps. Un corps est en équilibre si une ligne verticale passant par le centre de masse du corps passe par zone d'assistance, c'est-à-dire à l'intérieur du contour formé par les lignes reliant les points d'appui. Si cette ligne ne coupe pas la zone d'appui, alors le corps bascule. Un exemple intéressant de l'équilibre d'un corps sur un support est la tour penchée de la ville italienne de Pise (Fig. 1.14.6), qui, selon la légende, aurait été utilisée par Galilée pour étudier les lois de la chute libre des corps. La tour a la forme d'un cylindre d'une hauteur de 55 m et d'un rayon de 7 m. Le sommet de la tour est dévié de la verticale de 4,5 m.

Une ligne verticale passant par le centre de masse de la tour coupe la base à environ 2,3 m de son centre. La tour est donc en état d’équilibre. L'équilibre sera rompu et la tour tombera lorsque la déviation de son sommet par rapport à la verticale atteindra 14 m. Apparemment, cela n'arrivera pas de sitôt.

78. Types d'équilibre : angle de stabilité, conditions de maintien de l'équilibre du corps.

Dans les exercices physiques, une personne a souvent besoin de maintenir une position stationnaire du corps, par exemple des positions initiales (départ), des positions finales (fixation de la barre après l'avoir soulevée), des positions intermédiaires (repos en biais sur les anneaux). Dans tous ces cas, le corps humain en tant que système biomécanique est en équilibre. Les corps associés à la personne qui maintient la position (par exemple, une barre, un partenaire d'acrobatie) peuvent également être en équilibre. Pour maintenir la position du corps, une personne doit être en équilibre. La position du corps est déterminée par sa posture, son orientation et sa localisation dans l'espace, ainsi que sa relation au support. Par conséquent, pour maintenir la position du corps, une personne doit fixer sa posture et ne pas permettre aux forces appliquées de modifier sa posture et de déplacer son corps d'un endroit donné dans n'importe quelle direction ou de le faire tourner par rapport au support.

Forces équilibrées tout en maintenant la position

Les forces de gravité, de réaction du sol, de poids et de traction musculaire d'un partenaire ou d'un adversaire, etc., s'appliquent au système biomécanique, qui peuvent être à la fois des forces perturbatrices et équilibrantes, selon la position des parties du corps par rapport à leur support.

Dans tous les cas, lorsqu’une personne maintient une position, un système variable de corps (et non un corps absolument rigide ou un point matériel) est en équilibre.

Dans des conditions d'exercices physiques, tout en maintenant la position, les forces de gravité de son corps et le poids des autres corps, ainsi que les forces de réaction de soutien qui empêchent la chute libre, sont le plus souvent appliquées au corps humain. Sans la participation de la traction musculaire, seules les positions passives sont maintenues (par exemple allongée au sol, sur l'eau).

Dans les positions actives, le système de corps mutuellement mobiles (liens corporels), en raison de la tension musculaire, semble se durcir et devient semblable à un seul corps solide ; Les muscles humains, par leur travail statique, assurent le maintien à la fois de la posture et de la position dans l'espace. Cela signifie que dans les positions actives, pour maintenir l’équilibre, des forces internes de traction musculaire s’ajoutent aux forces externes.

Toutes les forces externes sont divisées en déranger (renverser, dévier), qui visent à changer la position du corps, et équilibrage, qui équilibrent l’action des forces perturbatrices. Les forces de traction musculaire servent le plus souvent de forces d’équilibrage. Mais dans certaines conditions, elles peuvent aussi constituer des forces perturbatrices, c’est-à-dire visant à modifier à la fois la posture et la localisation du corps dans l’espace.

Conditions d'équilibre d'un système de corps

Pour l'équilibre du corps humain (système de corps), il faut que le vecteur principal et le moment principal des forces externes soient égaux à zéro, et que toutes les forces internes assurent la préservation de la pose (forme du système).

Si le vecteur principal et le moment principal sont nuls, le corps ne bougera ni ne tournera, ses accélérations linéaires et angulaires sont nulles. Pour un système de corps, ces conditions sont également nécessaires, mais ne suffisent plus. L’équilibre du corps humain en tant que système de corps nécessite également le maintien de la posture du corps. Lorsque les muscles sont suffisamment forts et qu’une personne sait utiliser sa force, elle restera dans une position très difficile. Une personne moins forte ne peut pas maintenir une telle position, même si l’équilibre est possible en fonction de l’emplacement et de l’ampleur des forces extérieures. Différentes personnes ont leurs propres poses limitantes qu’elles sont toujours capables de maintenir.

Types d'équilibre du corps rigide

Le type d'équilibre d'un corps solide est déterminé par l'action de la gravité dans le cas d'un écart arbitrairement petit : a) équilibre indifférent - l'action de la gravité ne change pas ; b) stable - il ramène toujours le corps à sa position précédente (un moment de stabilité apparaît) ; c) instable - l'action de la gravité fait toujours basculer le corps (un moment de chavirage se produit) ; d) stable-limité - avant la barrière potentielle, la position du corps est restaurée (un moment de stabilité se produit), après quoi le corps bascule (un moment de renversement se produit).

En mécanique des solides, il existe trois types d’équilibre : indifférent, stable et instable. Ces espèces diffèrent par le comportement du corps, s'écartant légèrement d'une position équilibrée. Lorsque le corps humain maintient complètement sa posture (« solidification »), les lois de l’équilibre du corps rigide s’appliquent à lui.

Équilibre indifférent caractérisé par le fait que, malgré les écarts, l'équilibre est maintenu. Une boule, un cylindre, un cône circulaire sur un plan horizontal (support inférieur) peuvent tourner comme vous le souhaitez et resteront au repos. La ligne d'action de la gravité (G) dans un tel corps (ligne de gravité) passe toujours par le point d'appui et coïncide avec la ligne d'action de la force de réaction d'appui (R) ; ils s'équilibrent. Dans la technologie sportive, l'équilibre indifférent n'est pratiquement jamais rencontré ni sur terre ni dans l'eau.

Solde stable caractérisé par un retour à la position précédente avec tout écart. Il est stable pour des écarts arbitrairement petits pour deux raisons ; a) le centre de gravité du corps s'élève plus haut (h), une réserve d'énergie potentielle est créée dans le champ gravitationnel ; b) la ligne de gravité (G) ne passe pas par le support, un épaulement de gravité apparaît (d) et un moment de gravité apparaît (moment de stabilité Must = Gd), renvoyant le corps (avec diminution de l'énergie potentielle) à sa position précédente. Ce type d'équilibre se produit chez les humains avec un support supérieur. Par exemple, un gymnaste accroché aux anneaux ; bras pendant librement au niveau de l’articulation de l’épaule. La force de gravité du corps lui-même ramène le corps à sa position précédente.

Équilibre instable caractérisé par le fait que, aussi petite soit-elle, une déviation provoque une déviation encore plus grande et le corps lui-même ne peut pas revenir à sa position précédente. Il s’agit de la position avec appui inférieur, lorsque le corps a un point ou une ligne (bord du corps) d’appui. Lorsque le corps dévie : a) le centre de gravité descend en dessous de (- h), l'énergie potentielle dans le champ gravitationnel diminue ; b) la ligne de gravité (G) avec la déviation du corps s'éloigne du point d'appui, l'épaule (d) et le moment de gravité augmentent (moment de basculement Mopr. = Gd) ; il dévie de plus en plus le corps de sa position antérieure. Un équilibre instable dans la nature est pratiquement impossible à atteindre.

Dans les exercices physiques, un autre type d’équilibre survient le plus souvent lorsqu’il existe une zone d’appui située en dessous (appui inférieur). Avec une légère déviation du corps, son centre de gravité s'élève (+ h) et un moment de stabilité apparaît (Must = Gd). Il existe des signes d’un équilibre stable ; le moment de gravité du corps le ramènera à sa position précédente. Mais cela ne continue que lorsqu'il est dévié jusqu'à certaines limites, jusqu'à ce que la ligne de gravité atteigne le bord de la zone d'appui. Dans cette position, des conditions d'équilibre instable apparaissent déjà : avec une déviation supplémentaire, le corps bascule ; au moindre écart en sens inverse, il revient à sa position antérieure. La limite de la zone d'appui correspond au sommet de la « barrière de potentiel » (énergie potentielle maximale). Dans les limites entre barrières opposées (« trou de potentiel »), un équilibre stable et limité se produit dans toutes les directions.

La stabilité d'un objet se caractérise par sa capacité, contrecarrant le déséquilibre, à maintenir sa position. Il existe des indicateurs statiques de stabilité comme la capacité à résister au déséquilibre et des indicateurs dynamiques comme la capacité à rétablir l'équilibre.

Indicateur statique de stabilité d'un corps solide sert (en équilibre stable limité) de coefficient de stabilité. Il est égal au rapport du moment limite de stabilité au moment de renversement. Lorsque le coefficient de stabilité d'un corps au repos est égal à l'unité ou supérieur à celui-ci, il n'y a pas de renversement. S'il est inférieur à un, l'équilibre ne peut pas être maintenu. Cependant, la résistance de ces deux facteurs mécaniques (deux moments de force) pour un système de corps, s'il peut changer de configuration, n'épuise pas le tableau actuel. Par conséquent, le coefficient de stabilité du corps et du système fixe de corps caractérise la stabilité statique comme la capacité à résister au déséquilibre. Chez l'homme, lors de la détermination de la stabilité, il faut toujours prendre en compte la résistance active de la traction musculaire et la préparation à la résistance.

Indicateur dynamique de stabilité d'un corps solide sert d’angle de stabilité. Il s'agit de l'angle formé par la ligne d'action de la gravité et la droite reliant le centre de gravité au bord correspondant de la zone d'appui. La signification physique de l’angle de stabilité est qu’il est égal à l’angle de rotation selon lequel le corps doit être tourné pour commencer à basculer. L'angle de stabilité montre dans quelle mesure l'équilibre est encore rétabli. Il caractérise le degré de stabilité dynamique : si l'angle est plus grand, alors la stabilité est plus grande. Cet indicateur est pratique pour comparer le degré de stabilité d'un corps dans différentes directions (si la zone d'appui n'est pas un cercle et que la ligne de gravité ne passe pas par son centre).

La somme de deux angles de stabilité dans un plan est considérée comme l’angle d’équilibre dans ce plan. Il caractérise la marge de stabilité dans un plan donné, c'est-à-dire qu'il détermine l'amplitude des mouvements du centre de gravité avant un éventuel basculement dans un sens ou dans un autre (par exemple pour un slalomiste en ski, un gymnaste sur poutre, un lutteur en position debout).

Dans le cas de l'équilibre d'un système biomécanique, des précisions importantes doivent être prises en compte pour appliquer des indicateurs de stabilité dynamique.

Premièrement, la zone de support humain efficace ne coïncide pas toujours avec la surface du support. Chez une personne, comme dans un corps solide, la surface d'appui est limitée par des lignes reliant les points d'appui extrêmes (ou les bords extérieurs de plusieurs zones d'appui). Mais chez l'homme, la limite de la zone d'appui efficace est souvent située à l'intérieur du contour de l'appui, car les tissus mous (pieds nus) ou les maillons faibles (phalanges terminales des doigts en poirier au sol) ne peuvent pas équilibrer le charger. Par conséquent, la ligne de basculement se déplace vers l'intérieur à partir du bord de la surface d'appui, la zone d'appui efficace est inférieure à la surface de la surface d'appui.

Deuxièmement, une personne ne dévie jamais tout son corps par rapport à la ligne de renversement (comme un cube), mais se déplace par rapport aux axes de toutes les articulations sans maintenir complètement sa posture (par exemple, en position debout, il y a un mouvement dans les articulations de la cheville) .

Troisièmement, à l'approche de la position limite, il devient souvent difficile de maintenir la posture et non seulement le renversement du « corps durci » autour de la ligne de renversement se produit, mais un changement de posture avec une chute. Ceci est très différent de la déflexion et du renversement d'un corps rigide autour du bord de renversement (inclinaison).

Ainsi, les angles de stabilité dans un équilibre stable limité caractérisent la stabilité dynamique comme la capacité à rétablir l'équilibre. Lors de la détermination de la stabilité du corps humain, il est également nécessaire de prendre en compte les limites de la zone de support efficace, la fiabilité du maintien de la posture jusqu'à la position limite du corps et la ligne de basculement réelle.