متى يكون الجسم في حالة اتزان؟ وماذا يعني الاتزان الثبات؟ فالأجسام لها عدة حالات منها السكون أو التحرك بسرعة ثابتة، أو تكون في موضع متزن، يحدث ذلك تبعًا للمؤثرات الخارجية التي تؤثر على حالة الجسم، وسوف نتناول بالشرح المبسط عبر موقع الماقه متى يكون الجسم في حالة اتزان؟ وهل هناك أنواع للجسم المتزن؟
متى يكون الجسم في حالة اتزان؟
بدايةً يجب فهم طبيعة الجسم الصلب الذي يمكنه الوصول لحالة من الاتزان؛ حتى يمكن فهم هذه العملية عندما تحدث، الأجسام الصلبة هي أجسام تتكون من مجموعة من الجزيئات المتماسكة التي ترتبط ببعضها وتتماسك سويًا.
من ثم فإن هذه الأجسام دومًا ما تتخذ شكل محدد ثابت، حتى وإن أثرت عليه قوة خارجية.
هذا يجعله خلافًا للأجسام الأخرى (السائلة، الغازية)، فالجزيئات الخاصة بهما غير مرتبطة بقوة وتماسك الأجسام الصلبة، ومن ثم فإن أشكالهم لا تكون ثابتة ولا متماسكة، وإليك صورة توضح الفرق بين تماسك جزئيات كل منهم:
نظرًا لتماسك هذه الجزئيات لتشكل معًا جسمًا واحدًا يتأثر كله بما يطرأ عليه؛ فإن حالة الاتزان في الأجسام الصلبة تحدث عندما تكون كافة الجزيئات المكونة لهذا الجسم في حالة سكون؛ لأن محصلة القوى التي تؤثر على هذا الجسم تكون قيمتها صفر.
أي إنه في هذه الحالة تكون قيمة القوة الدورانية أو (عزم الدوران) -وهو مقياس للقوة المؤثرة على الأجسام- تساوي صفر.
هذا السبب هو السبب الأول التي يحقق توازن الجسم، ولكن هناك سبب آخر يؤدي إلى نفس حالة الاتزان، وهو عندما يكون مجموع ضرب (سرعة الجسم، كتلته) عند أي خط هو صفر.
كما أنه عند تساوي قيم جميع القوى الخارجية المؤثرة على الجسم الصلب مع بعضها؛ ففي هذه الحالة لا يحدث أي تغير يؤثر على الجسم رغم وجود عوامل خارجية مؤثرة؛ بسبب أن تساوي القيم بينها يفقدها القدرة على التأثير.
مما سبق نستنتج أن حالة الاتزان هي عبارة عن: وجود عوامل ومؤثرات خارجية تسبب تغيير الجسم لوضعيته المتحركة وتتركه في حالة ثبات.
أنواع الاتزان في الأجسام الصلبة
الآن بعد الإجابة عن متى يكون الجسم في حالة اتزان؟ فينبغي العلم أن اتزان الأجسام له أنواع، وقد كان السبق للعالم إسحاق نيوتن في اكتشاف قوانين وضعية توازن الأجسام الصلبة، وبناءً على هذا العلم تم تقسيم الاتزان إلى 3 أنواع ألا وهما:
- التوازن الغير مستقر: يحدث هذا عندما تكون الطاقة الوضعية الخاصة بالجسم لا تساوي الصفر، مثال: في حالة وضع القلم في وضع ثابت رأسيًا، فهو يكون متزن، ولكنه اتزان لا مستقر.
- توازن مستقر للأجسام: ذلك إن كانت كافة القوى الخارجية المؤثرة قيمتها صفر، وعليه فعند وضع نفس القلم ولكن في وضع عمودي على طاولة فإن احتمالية سقوطه صفر؛ بسبب كونه في حالة توازن مستقر.
- الاتزان المتعادل (المحايد): عند دفع القوى الخارجية للجسم للحركة، ولكنه هنا يخرج من حالة اتزان لأخرى، ومقدار الحركة التي يقوم بها لا تكون إلا بمقدار ما يُفرض عليه.
هناك تقسيم آخر لاتزان الأجسام الصلبة وهو:
الأجسام المتماسكة
الأجسام لا متماسكة
عند التأثير عليه بواسطة قوى خارجية فإن النقاط الهندسية به لا تتغير الأبعاد الخاصة بها
مثال: الطاولة، قطعة من الخشب
في حالة التأثير عليه من قِبل قوى خارجية فإن نقاطه الهندسية تتغير أبعادها
مثال: الصلصال، الطين الرطب
الحركة في حالة كانت القوى الخارجية مساوية للصفر
كما سبق وأشرنا فإنه عندما تكون القوة الخارجية قيمتها صفر فيكون عندها الجسم الصلب في حالة من الاتزان، ولكن لهذه القاعدة استثناء؛ فقد يكون الجسم متحركًا رغم تحقق هذا الشرط؛ وذلك بسبب أن القوى لا تتلاقى في نقطة واحدة.
جدير بالذكر هنا في حالة كانت القوتان المؤثرتان:
- متوازيتين
- متساويتين
- متعاكستين في الاتجاه
فعندها لا يخضع الجسم لحالة اتزان بل تكون وضعيته هي: “الحركة الدورانية”، حتى وإن كانت قيم هذه القوى مساوية للصفر.
شروط الاتزان في الأجسام الصلبة
هناك عدة شروط إن توافرت فيمكن في هذه الحالة أن يصل الجسم لحالة الاتزان، وسنقوم بتوضيح هذه الشروط بشكل موجز فيما يلي:
- عند خضوع الجسم إلى تأثير قوتين متعادلتان في المقدار، ولكن بشرط أن يكونا متعاكستان في الاتجاه مع اشتراكهما في نفس خط العمل.. ذلك يحقق (الاتزان الانتقالي)
- أن تكون القوتين الخارجيتين المؤثرتين على الجسم في حالة توازي، ويشتركان معًا في ذات خط العمل، بمعنى وجوب تلاقيهم في نقطة مشتركة.. ذلك يحقق (الاتزان الدوراني).
وضعية اتزان برج بيزا المائل
برج بيزا مائل بشكل واضح وهذا ما يجلب له الشهرة العالمية التي يحظى بها، ولكنه كجسم صلب ما الذي يجعله في حالة اتزان؟
الذي جعله كذلك نفس ما يجعلك غير قادر على أن تقف وأنت جالس في وضعية تمديد قدمك أمامك دون حناء جزعك أو دفع قدميك بالقرب من الكرسي بشكل يُمكنك من النهوض.
دعنا نوضح هذا بشكل أفضل، هناك قانون يقول بأن الجسم المنتصب لا يسقط أرضًا في حالة واحدة وهي: إن كان الخط العمودي المستقيم الخارج من مركز الثقل متجهًا لأسفل يمر بالقاعدة الخاصة بالجسم.
أي أن يكون مركز كتلة الجسم مارًا بالقاعدة، بالتالي فإن مرور هذا الخط بالقاعدة في برج بيزا هو الذي يجعله صرح مائل متزن وفي حالة من الثبات، ويمكن تطبيق هذا على أي جسم آخر شرط تحقيق هذا القانون.
حالات اتزان الجسم
إن الجسم المتزن ليس معناه دومًا إنه ثابت؛ فقد يوصف بالاتزان في إحدى الأوضاع التالية:
- السكون
- الحركة، ولكن بسرعة ثابتة ومنتظمة، مع وجوده في خط مستقيم، مثال: المروحة
