حالة توازن

حالة توازن ، في الفيزياء ، حالة النظام عندما لا تميل حالة حركته ولا حالة طاقته الداخلية إلى التغيير بمرور الوقت. يقال إن جسم ميكانيكي بسيط موجود حالة توازن إذا لم تكن تعاني من تسارع خطي ولا تسارع زاوي ؛ ما لم تزعجها قوة خارجية ، فستستمر في هذا الوضع إلى أجل غير مسمى. بالنسبة لجسيم واحد ، ينشأ التوازن إذا كان المتجه مجموع كل القوى المؤثرة على الجسيم هو صفر. يعتبر الجسم الصلب (حسب التعريف المتميز عن الجسيم في امتلاك خاصية الامتداد) في حالة توازن إذا ، بالإضافة إلى الحالات المذكورة للجسيم أعلاه ، فإن مجموع المتجهات لجميع عزم الدوران المؤثرة على الجسم يساوي صفرًا بحيث تظل حالتها في الحركة الدورانية ثابتة. يقال إن التوازن يكون مستقرًا إذا كانت عمليات النزوح الصغيرة الناتجة من الخارج من تلك الحالة تنتج قوى تميل إلى معارضة الإزاحة وإعادة الجسم أو الجسيم إلى حالة التوازن. تشمل الأمثلة وزنًا معلقًا بزنبرك أو لبنة موضوعة على سطح مستوٍ. التوازن غير مستقر إذا كان أقل رحيل ينتج قوى تميل إلى زيادة الإزاحة. مثال على ذلك هو محمل كروي متوازن على حافة شفرة حلاقة.

في الديناميكا الحرارية ، يتم توسيع مفهوم التوازن ليشمل التغييرات المحتملة في الحالة الداخلية للنظام ، كما تتميز بدرجة حرارته ، الضغط والكثافة وأية كميات أخرى لازمة لتحديد حالتها بالكامل. في حالة التوازن الديناميكي الحراري الصارم ، تكون درجة حرارة النظام موحدة (وإلا ستتدفق الحرارة) ، ويتم موازنة أي تدرجات في وظائف الحالة مثل الضغط أو الكثافة بواسطة قوى خارجية بحيث تظل ثابتة. على سبيل المثال ، يكون ضغط التوازن في الجزء السفلي من عمود الهواء أعلى منه في الجزء العلوي بسبب قوة الجاذبية ، ويتم موازنة تدرجات الكثافة في جهاز الطرد المركزي بواسطة قوة الطرد المركزي. من المفيد أيضًا النظر في عمليات شبه التوازن حيث يُسمح ، على سبيل المثال ، بتدرجات درجة الحرارة إذا كان معدل تدفق الحرارة بطيء جدًا بحيث لا يكون مهمًا (عمليات ثابتة الحرارة) ، لكن النظام في حالة توازن ديناميكي حراري محلي. على سبيل المثال ، يؤدي التمدد الثابت للحرارة لعمود صاعد من الهواء إلى انخفاض درجة حرارة الغلاف الجوي مع الارتفاع.