En mécanique, un objet est en équilibre instable quand en le déplaçant légèrement de sa position au moyen d'une force, il n'y revient pas. Par exemple, la balle de la figure suivante, lorsqu'elle est au-dessus du monticule, est en équilibre instable, car la moindre perturbation la fera rouler en descente, sans possibilité de revenir par ses propres moyens.
En revanche, lorsque la balle est sur une surface plane, comme en position centrale, on dit qu'elle est en équilibre indifférent ou neutre. Une force perturbatrice peut être appliquée, en la déplaçant d'un côté ou de l'autre, mais si la force disparaît, la balle redeviendra stable.
Enfin, à droite, la balle est au fond d'un récipient concave. Cette position est également une position d'équilibre, mais de équilibre stable. Une force qui perturbe la balle ne fera que la faire osciller un peu autour de la position d'origine, pour finir par y revenir tranquillement..
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Les objets communs (et les personnes et les animaux) perdent leur équilibre et tombent à cause du couple causé par le poids, la force que la Terre exerce sur tous les objets proches de sa surface. Lorsque vous avez un corps allongé, le point où le poids agit est appelé centre de gravité.
Le poids peut être équilibré grâce à un support, tel que celui fourni par une surface, et de cette manière l'objet ne bougera pas. Mais même ainsi, il a toujours la possibilité de tourner autour d'un certain point, car dans les objets étendus, l'équilibre des forces n'est pas le seul facteur pour les maintenir immobiles, mais aussi l'endroit où ces forces sont appliquées..
Ci-dessous, une figure avec un crayon en équilibre sur sa pointe, en équilibre instable. Tout courant d'air le fera basculer, mais entre-temps, le poids et la force d'appui normale se compensent. De plus, les deux forces ont la même ligne d'action et celle-ci passe par la pointe du crayon, assurant l'équilibre..
Mais si le crayon est légèrement incliné, comme illustré à droite, la ligne d'action du poids cesse de passer par la pointe, qui fait office de pivot. Ensuite, le poids produit un couple déséquilibré et le stylet tourne dans le sens des aiguilles d'une montre..
Un équilibre stable est presque toujours recherché, car l'équilibre instable est, comme son nom l'indique, assez précaire. En continuant avec l'exemple du crayon, une fois qu'il tombe et vient se poser horizontalement sur la surface, la nouvelle position est beaucoup plus stable que lorsqu'elle se tenait sur la pointe..
Cela est dû au fait que, d'une part, le centre de gravité est plus proche de la surface et, d'autre part, la surface d'appui du crayon est beaucoup plus grande..
Lorsque la surface de support est plus grande, la normale est plus susceptible de pouvoir contrecarrer le poids, car la surface est précisément ce que la normale exerce. Et si la distance du centre de gravité à la surface est plus petite, le bras de levier du poids est plus petit, et par conséquent le couple est également plus petit..
En conclusion, plus la base d'appui de l'objet est grande et plus son centre de gravité est proche du sol, plus la probabilité de renversement est faible et l'équilibre tend à être stable. Les bébés le savent et c'est pourquoi ils ont tendance à ramper avant de risquer de se lever.
Et si au lieu d'être soutenu, le corps est suspendu à un point, la localisation du centre de gravité joue également un rôle prépondérant lors de l'établissement de l'équilibre, comme on le verra bientôt dans les exemples suivants..
L'équilibre dans les corps supportés dépend, comme dit, de:
-La distance entre le centre de gravité et la surface.
-La taille de la base de l'objet.
Prenons un cône sur une table plate. La position la plus stable est sans aucun doute la base du cône entièrement appuyée sur la table. C'est la position d'équilibre stable, puisque le centre de gravité du cône est sur l'axe de symétrie et plus proche de sa base que de la pointe..
L'équilibre indifférent est obtenu en plaçant le cône couché et l'équilibre instable correspond au cône sur sa pointe, comme le crayon, ce qui peut ne pas être une tâche facile, car au moindre mouvement le cône chavire.
Il est courant de trouver des corps suspendus qui pendent à au moins un point, comme des peintures et des lampes. Lors de l'établissement de l'équilibre, tenez compte de l'emplacement du centre de gravité et de celui du point de suspension..
La situation est facile à visualiser à l'aide d'une feuille de carton rectangulaire ou d'une règle de matériau homogène. Ici, le centre de gravité coïncide avec le centre géométrique de la figure, cela en supposant que la masse de l'objet est uniformément répartie.
Pour placer la feuille en équilibre instable, elle est suspendue à un point en dessous de du centre de gravité, vous pouvez même tenir la feuille sans serrer entre vos doigts pour vous donner une liberté de mouvement.
Une petite force suffit pour que la lame tourne immédiatement dans un sens ou dans l'autre. La raison du virage est la même que dans le cas de l'objet supporté: le poids exerce un couple non compensé qui facilite la rotation du corps.
Lors de la rotation, la feuille passe par une position d'équilibre stable, dans laquelle le point de suspension est par en haut centre de gravité. Autour de cette position il oscille un peu et s'arrête enfin.
Si une force est à nouveau appliquée, la lame oscille à nouveau mais revient à nouveau à cette position, dans laquelle le point de suspension et le centre de gravité sont alignés avec la verticale.
Enfin, l'équilibre indifférent est vérifié en passant une goupille juste par le centre de gravité. Si la feuille est tournée pour être dans des positions différentes, on voit qu'il n'y aura pas de différence majeure entre elles.
En conclusion, pour les corps suspendus en équilibre instable, le point de suspension est en dessous du centre de gravité. Et le contraire pour un équilibre stable.
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