التوازن الميكانيكي في الفيزياء هو وضع النظام الفيزيائي عندما لا تميل حالته الحركية، ولا طاقته الكامنة إلى التغير مع الوقت. يقال إن الجسم الميكانيكي البسيط في حالة توازن إذا لم يختبر تسارعًا خطيًا، أو تسارعًا زاويًا؛ أي ما لم تخل قوة خارجية هذا التوازن، فسيستمر في تلك الحالة إلى ما لا نهاية.
بالنسبة لجسيم واحد، ينشأ التوازن إذا كان حاصل الجمع الشعاعي للقوى المؤثرة على الجسيم صفرًا. يُعتَبر الجسم الصلب (الذي يُميَز تعريفيًا عن الجسيم بامتلاكه خاصية الامتداد) في حالة توازن -بالإضافة إلى الحالات المذكورة للجسيم أعلاه- إذا كان حاصل الجمع الاتجاهي أو الشعاعي لجميع عزوم الدوران التي تؤثر على الجسم يساوي صفرًا؛ وبالتالي تبقى حالة الحركة الدورانية ثابتة.
يقال إن التوازن الميكانيكي مستقر إذا كانت الإزاحات الصغيرة الناتجة عن تلك الحالة تنتج قوى تميل إلى مقاومة (عكس) الإزاحة، وإعادة الجسم أو الجسيم إلى حالة التوازن. وتتضمّن الأمثلة: وزنًا معلقًا بواسطة نابض، أو طوبة موجودة على سطح مستو. يكون التوازن غير مستقر إذا أنتج أقل انحراف قوى تميل إلى زيادة الإزاحة. مثال على ذلك: (محمل كروي – ball bearing) متوازن على حافة شفرة حلاقة.
يمتد مفهوم التوازن الميكانيكي في (الديناميكا الحرارية – thermodynamics) ليشمل التغييرات المحتملة في الحالة الداخلية للنظام، مثلما تصفها الحرارة والضغط والكثافة وأي كميات أخرى لازمة لتحديد حالته بالكامل.
في التوازن الثيرموديناميكي الدقيق، تكون درجة حرارة النظام منتظمة (وإلا ستنتشر الحرارة)، وتُوازَن أي تدرجات في وظائف الحالة مثل الضغط أو الكثافة بواسطة قوى خارجية كي تبقى ثابتة. على سبيل المثال، يكون ضغط التوازن في قاع عمود الهواء أعلى منه في القسم العلوي بسبب قوة الجاذبية، وتوازن تدرجات الكثافة في (جهاز الطرد المركزي – centrifuge) بواسطة قوة الطرد المركزي.
من المفيد أيضًا أخذ العمليات شبه المتوازنة بعين الاعتبار، فعلى سبيل المثال؛ يُسمَح فيها بتدرجات الحرارة إذا كان معدل انتشار الحرارة بطيئًا للغاية لاعتباره مهمًا -(عمليات كظومة – adiabatic processes)-، لكن فيما خلا ذلك يكون النظام في حالة التوازن الثيرموديناميكي الموضعي. مثلًا، يسوّغ (التوسع مكظوم الحرارة – adiabatic expansion) في عمود صاعد من الهواء الانخفاض في درجة حرارة الغلاف الجوي كلما ارتفع.
اقرأ أيضًا:
ترجمة: رولان جعفر
تدقيق: آية فحماوي
