Tasapaino

Tasapaino , sisään fysiikka , järjestelmän tila, jolloin sen liikkumistila tai sisäinen energiatila eivät yleensä muutu ajan myötä. Yksinkertaisen mekaanisen rungon sanotaan olevan sisään tasapaino jos se ei saa lineaarista kiihtyvyyttä eikä kulmakiihtyvyyttä; ellei ulkopuolinen voima häiritse sitä, se jatkuu siinä tilassa loputtomiin. Yhden hiukkasen suhteen tasapaino syntyy, jos vektori kaikkien hiukkaseen vaikuttavien voimien summa on nolla. Jäykän rungon (määritelmän mukaan erotettu hiukkasesta laajenemisominaisuuden mukaan) katsotaan olevan tasapainossa, jos kaikkien hiukkaselle lueteltujen tilojen lisäksi kaikkien kehoon vaikuttavien vääntömomenttien vektorien summa on nolla niin, että sen pyörimisliikkeen tila pysyy vakiona. Tasapainon sanotaan olevan vakaa, jos pienet, ulkoisesti indusoidut siirtymät tuosta tilasta tuottavat voimia, jotka pyrkivät vastustamaan siirtymistä ja palaavat ruumiin tai hiukkasen tasapainotilaan. Esimerkkejä ovat jousen tai tiilen ripustama paino tasaisella pinnalla. Tasapaino on epävakaa, jos pienin lähtö tuottaa voimia, joilla on taipumusta lisätä siirtymää. Esimerkki on kuulalaakeri, joka on tasapainossa partaterän reunalla.

Termodynamiikassa tasapainokäsitettä laajennetaan kattamaan mahdolliset muutokset järjestelmän sisäisessä tilassa, jolle on tunnusomaista sen lämpötila, paine , tiheys ja muut tarvittavat määrät, jotta tila voidaan määrittää täysin. Tiukassa termodynaamisessa tasapainossa järjestelmän lämpötila on tasainen (muuten lämpö virtaisi), ja kaikki tilatoimintojen, kuten paineen tai tiheyden, kaltevuudet tasapainotetaan ulkoisilla voimilla siten, että ne pysyvät vakioina. Esimerkiksi tasapainopaine ilmakolonnin pohjassa on korkeampi kuin yläosassa painovoiman takia, ja sentrifugin tiheysgradientit tasapainotetaan keskipakovoimalla. On myös hyödyllistä harkita lähes tasapainoprosesseja, joissa esimerkiksi lämpötilagradientit ovat sallittuja, jos nopeus on lämpövirta on liian hidas ollakseen merkittävä (adiabaattiset prosessit), mutta muuten järjestelmä on paikallisessa termodynaamisessa tasapainossa. Esimerkiksi nousevan ilmakolonnin adiabaattinen laajeneminen selittää ilman lämpötilan laskun korkeuden kanssa.