Stable , Unstable & Neutral Equilibrium

ഒരു വസ്തുവില്‍ net force ഒന്നും act ചെയ്യുന്നില്ലെങ്കില്‍ അത് സംതുലനാവസ്ഥ(Equilibrium) യില്‍ ആണ്.

ഒരു വസ്തു സംതുലനാവസ്ഥ(equilibrium)യില്‍ ആകുന്നത് കൊണ്ട് അത് stable ആകണമെന്നില്ല.കാരണം സംതുലനാവസ്ഥ മൂന്ന് തരമുണ്ട്.

1.സ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥ

2.അസ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥ

3.ഉദാസീന സംതുലനാവസ്ഥ

(There are three types of equilibrium: stable, unstable, and neutral.)

ഇനി ചിത്രത്തിലെ ബോള്‍ നോക്കുക.

അത് ഒരു കുഴിയില്‍ നില്‍ക്കുകയാണെന്ന് കരുതുക.ഇപ്പോഴുള്ള equilibrium positionല്‍ നിന്ന് അതിനെ അല്പം displace ചെയ്യുന്നു.

അപ്പോള്‍ അതിലൊരു restoring force രൂപപ്പെട്ട് അത് ആദ്യ സ്ഥാനത്ത് വന്നു നില്‍ക്കുന്നു.

ഇനി അടുത്ത ചിത്രം നോക്കുക.

ഈ വസ്തു സ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥയില്‍(stable equilibrium)ആണ്.ഇതിലെ net force പൂജ്യം ആണ്.

ഇതിന്റെ ഒരു ഭാഗം പിടിച്ച് ഒന്ന് ഉയര്‍ത്തിയാല്‍ അതില്‍ displacementന്റെ ദിശയ്ക്ക് എതിരായി ഒരു net force അല്ലെങ്കില്‍ ഒരു torque ഉണ്ടാകുന്നു.എന്താണ് കാരണം?ചിത്രം നോക്കൂ.....

CG(centre of gravity)ക്ക് എന്ത് സംഭവിക്കുന്നു? CG ഉയരുന്നു.ശരിയല്ലേ?അതായത് potential energy കൂടുന്നു. potential energy കുറയുമ്പോഴാണ് സ്ഥിരത കൂടുന്നത്.വസ്തു potential energy കുറയ്ക്കാന്‍ ആദ്യത്തെ സ്ഥാനത്തേക്ക് വരുന്നു.CG യില്‍ നിന്നുള്ള ലംബം വസ്തുവിന്റെ പാദതല(base)ത്തിനകത്ത് വരുമ്പോഴാണ് ഇങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നത്....

ഇവിടെ നാം മനസ്സിലാക്കുന്ന മറ്റൊരു കാര്യം... ഒരു വസ്തുവിന്റെ CG യുടെ സ്ഥാനം താഴുന്നതിന് അനുസരിച്ച് അതിന്റെ സ്ഥിരത കൂടുന്നു.

ഇനി അസ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥ (unstable equilibrium)നോക്കാം....

ഇവിടെ എന്താണ് സ്ഥിരത കുറയുന്നത്?ഇതിനെ ചെറുതായൊന്ന് displace ചെയ്തു നോക്കാം.എന്താണ് നിരീക്ഷണം?

അതേ pivot point ല്‍ വച്ച് കൊണ്ട് displace ചെയ്യുമ്പോള്‍ CG(centre of gravity)ക്ക് എന്ത് സംഭവിക്കുന്നു? CG താഴുന്നു.അതിനാല്‍ തിരിച്ച് ആദ്യ സ്ഥാനത്തേക്ക് പോകാന്‍ restoring force ലഭിക്കുന്നില്ല.മറ്റൊരു തരത്തില്‍ പറഞ്ഞാല്‍ വസ്തു ചെറുതായി ഒന്ന് ചരിക്കുമ്പോഴേക്കും CGയില്‍ നിന്നുള്ള ലംബം വസ്തുവിന്റെ പാദതലത്തിന് പുറത്ത് പോകുന്നു.അതിനാല്‍ അസ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥയില്‍ ആണ്.

ഇനി ഉദാസീന സംതുലനാവസ്ഥ(neutral equilibrium) നോക്കാം.....

ചിത്രത്തിലെ ഗോളം നമ്മള്‍ നീക്കി വയ്ക്കുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ.അതിന്റെ CG ഉയരുകയോ താഴുകയോ ചെയ്യുന്നില്ല...

ശരിയല്ലേ? പല സ്ഥാനങ്ങളില്‍ വസ്തു വയ്ക്കുമ്പോഴുള്ളCG യുടെ സ്ഥാനങ്ങള്‍ ഒരു നേര്‍ വര കൊണ്ട് നമുക്ക് യോജിപ്പിക്കാം.ഏത് സ്ഥാനത്തും ആ ഗോളം സന്തുലനാവസ്ഥയിലാണെന്ന് പറയാം.ഇങ്ങനെ വന്നാല്‍ അതാണ് ഉദാസീന സംതുലനാവസ്ഥ(neutral equilibrium).

ഇനി ഒരു ചിത്രം നോക്കൂ..

ഇതില്‍ കാണുന്ന വസ്തു അസ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥയില്‍ ആണോ എന്ന ചോദ്യം ശരിയല്ല. കാരണം അതിപ്പോള്‍ സംതുലനാവസ്ഥയില്‍ അല്ല.ഇവിടെ net force പൂജ്യം അല്ല.ഒരു വസ്തു ബാലന്‍സ് ചെയ്ത് നില്‍ക്കുന്ന സമയത്ത് മാത്രമേ അത് ഏത് സംതുലനാവസ്ഥയില്‍ ആണ് എന്ന ചോദ്യത്തിന് അര്‍ത്ഥമുള്ളു.

താഴെ കാണുന്ന വസ്തു അസ്ഥിര സംതുലനാവസ്ഥയില്‍ ആണെന്ന് കാണാം.

ഇപ്പോള്‍ net force പൂജ്യം ആണ്.പക്ഷേ ഒന്നിളകിയാല്‍ ഒരു net force ഉണ്ടാകും. CGയില്‍ നിന്നുള്ള ലംബം ബേസിന് പുറത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു.

ഒരു ബുക്ക് ഉയര്‍ത്തുമ്പോള്‍ അതിന്റെ center of gravity ഉയരുന്നു.കുറേയധികം ഉയര്‍ത്തിയാലും CGയില്‍ നിന്നുള്ള ലംബം ബുക്കിന്റെ base ലൂടെ തന്നെയാണ് കടന്ന് പോകുന്നത്.ഉയര്‍ത്തുമ്പോള്‍ ബുക്കിന്റെpotential energy കൂടുന്നു

ബുക്ക് potential energy കുറയ്ക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നു.

ബുക്കിന്റെ weight കാരണമുള്ള ഒരു torque അതിനെ പഴയ സ്ഥാനത്തേക്ക് കൊണ്ട് വരുന്നു.

pratheeshputhusseri@gmail.com