Основной проблемой при рассмотрении сил, действующих на предмет и, в частности, на тело, является эффект, оказываемый этими силами на предмет или тело. Находится ли предмет в состоянии поступательного, вращательного или криволинейного движения зависит от сил, действующих на этот предмет. Также возможно, что сила действует на предмет, не вызывая при этом его движения. Статика — это изучение условий, при которых предметы остаются в равновесии (в покое или в постоянном движении), и это состояние является результатом сил, действующих на них.
2.4.1. Закон инерции Ньютона
Первый закон Ньютона, закон инерции, относится к предметам, находящимся в равновесии. Закон гласит, что предмет остается в состоянии покоя или постоянного движения, если на него не действует сила, выводящая его из равновесия. Постоянное движение происходит, когда предмет движется с постоянной скоростью. Если эта постоянная скорость равна нулю, предмет находится в состоянии покоя. Инерция является свойством предмета, который сопротивляется как началу движения, так и изменению движения. Скорость является векторной количественной характеристикой, обладающей как величиной, так и направлением. Соответственно, постоянная скорость — это движение с постоянной быстротой и в постоянном направлении. Скорость может быть линейной (при поступательном движении) или угловой (при вращательном движении). Если мы имеем дело с человеческим телом и его сегментами, то равновесие движения (или постоянная скорость) встречается нечасто. Таким образом, в рамках этой книги понятие равновесия можно упростить и говорить далее, что объект находится в покое, если только не вводятся дополнительные переменные.
Закон инерции Ньютона (или закон равновесия) можно переформулировать. Для равновесия объекта сумма действующих на него сил должна быть равна 0 (ΣF = 0) или F>1 = F>2, либо сила воздействия (|F>1|) должна быть по модулю равна силе противодействия (|F>2|), т. е. (|F>1|) = |F>2|. Объект не может находиться в равновесии, если на него действует только одна сила, поскольку ей будет нечего противопоставить. Если сила существует, она имеет некую величину, и эта величина нулю равняться не может.
2.4.2. Определение равновесия предмета
Используя то, что узнали, мы можем объяснять все силы, действующие на тело в состоянии покоя. На рис. 2.15 показана лежащая на столе книга. Допустим, что книга находится в равновесии (лежит на столе и находится в состоянии покоя). Теперь мы можем объяснить характер и величину всех действующих на книгу сил (заметим, что сейчас мы говорим о книге, но не о столе).