20. Các Dạng Cân Bằng. Cân Bằng Của Một Vật Có Mặt Chân đế

I. CÁC DẠNG CÂN BẰNG

Có ba dạng cân bằng là cân bằng bên, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định.

1. Cân bằng không bền

Chọn một thước có một trục quay nằm ngang xuyên qua một lỗ $O$ ở một đầu thước. Đặt thước đứng yên ở vị trí thẳng đứng. Khi ấy, trọng lực có giá đi qua trục quay nên không gây ra momen quay.Nhưng giữ thước ở vị trí cân bằng này rất khó, vì chỉ cần làm thước lệch đi một chút thôi, thì lập tức trọng lực gây ra một momen làm thước quay ra xa vị trí cân bằng. Dạng cân bằng như vậy gọi là cân bằng không bền. Một vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng không bền thì không thể tự trở về được vị trí đó.

2. Cân bằng bền

Nếu đặt thước đứng yên ở vị trí như ở hình trên thì thấy rằng không dễ gì làm cho thước rời khỏi vị trí cân bằng này. Thật vậy, nếu thước bị lệch khỏi vị trí cân bằng này thì trọng lực gây ra momen làm thước quay trở về vị trí đó. Dạng cân bằng như vậy gọi là cân bằng bền.

2. Cân bằng phiếm định

Chọn một thước có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm của nó. Khi ấy, thước đứng yên tại mọi vị trí, vì trọng lực có điểm đặt tại trục quay nên không gây ra momen quay. Dạng cân bằng này gọi là cân bằng phiếm định.

Nguyên nhân nào đã gây nên các dạng cân bằng khác nhau ? Đó là vị trí của trọng tâm của vật. Ở dạng cân bằng không bền, trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận. Ở dạng cân bằng bền, trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận. Còn ở dạng cân bằng phiếm định, vị trí trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.

II. CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ

1. Mặt chân đế là gì?

Là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc.

2. Điều kiện cân bằng

Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế).

3. Mức vững vàng của cân bằng

Mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế.

Muốn tăng múc vững vàng của vật có mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân đế của vật.