Gleichgewicht von Körpern

Jeder Körper befindet sich zu einem gegebenen Zeitpunkt in einer bestimmte Lage. Er kann, wenn er sich selbst überlassen bleibt, diese Lage ändern oder beibehalten. In der Physik spricht man in diesem Zusammenhang vom Gleichgewicht und unterscheidet zwischen dem stabilen, dem labilen und dem indifferenten Gleichgewicht.

Stabiles Gleichgewicht eines Körpers ist dadurch gekennzeichnet, dass er wieder in eine stabile Lage gelangt, wenn man ihn geringfügig aus der Ausgangslage herausbewegt oder kippt. Bewegt man z. B. eine Kugel aus einer Mulde heraus (Bild 2) oder kippt man einen Schrank etwas an, dann kehren diese Körper wieder in die Ausgangslage zurück, wenn man sie sich selbst überlässt. Aus energetischer Sicht ist das stabile Gleichgewicht eine Lage des Körpers mit minimaler potenzieller Energie.

Labiles Gleichgewicht liegt vor, wenn eine geringfügige Lageveränderung des Körpers dazu führt, dass er sich weiter weg von der Ausgangslage bewegt, wenn er sich selbst überlassen bleibt. Lässt man z. B. eine auf einem Berg liegende Kugel (Bild 3) oder einen stehenden Stab los, so bewegen sie sich von der Ausgangslage weg. Die Körper befindet sich in der Ausgangslage in einem labilen Gleichgewicht. Aus energetischer Sicht ist das labile Gleichgewicht eine Lage des Körpers mit maximaler potenzieller Energie.

Indifferentes Gleichgewicht ist dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Lagen des Körpers gleichberechtigt sind und er seine Lage nicht ändert, wenn er sich an verschiedenen Orten befindet und sich selbst überlassen bleibt. So kann man z. B. einen Ball auf einer ebenen Fläche (Bild 4) an verschiedene Stellen legen. Er behält dann jeweils seine Lage bei. Aus energetischer Sicht ist das indifferente Gleichgewicht eine Lage des Körpers mit unveränderlicher potenzieller Energie.

Die verschiedenen Arten des Gleichgewichts spielen auch bei drehbar gelagerten Körpern eine wichtige Rolle (Bild 5). Ob sich ein drehbar gelagerter Körper im stabilen, indifferenten oder labilen Gleichgewicht befindet, hängt von der Lage des Schwerpunktes bezüglich der Drehachse ab. In Bild 5 sind die drei möglichen Varianten und damit zugleich die drei Arten des Gleichgewichts dargestellt.