Проведём так называемый мысленный эксперимент с пружиной и подвешенной к ней корзинкой, в которую будем помещать груз.
На рисунке «а» на корзинку действуют две силы: сила тяжести со стороны Земли (зеленый вектор) и сила упругости со стороны пружины (красный вектор). Поскольку корзинка находится в покое, считаем, что эти силы уравновешивают друг друга: то есть равны по значению и противоположно направлены.
Затем в корзинку положили груз, и действующая сила тяжести увеличилась (рис. «б»). Теперь она больше, чем сила упругости, поэтому корзинка движется вниз (синяя стрелка – рис. «в»).
По мере растяжения пружины сила упругости возрастает и вскоре вновь уравновешивает силу тяжести (рис. «г»). Казалось бы, корзинка должна остановиться. Но из-за свойства инертности она не может мгновенно уменьшить скорость до нуля. Следовательно, корзинка продолжает двигаться вниз. Пружина растягивается, и сила упругости становится больше, в итоге поднимая корзинку вверх. Немного покачавшись вверх-вниз (рис. «д»), она остановится. С этого момента сила упругости пружины вновь уравновешивает силу тяжести (рис. «е»).
Итак, мы выяснили, что если на тело действуют две равные и противоположно направленные силы, то тело может покоиться, но может и двигаться прямолинейно (рис. «г»). Рассмотрим второй случай более подробно.
Обратимся к рисунку. На нём условно изображена кабина лифта, висящая на тросе, и двигатель, который может наматывать трос.
Сначала кабина неподвижна (рис. «а»). На неё действуют два тела: трос и Земля. Когда лифт «стоит», сила натяжения троса (Fупр ) равна силе тяжести (Fтяж ). Чтобы кабина поднималась, двигатель наматывает трос. Из-за свойства инертности кабина не может мгновенно прийти в движение. Поэтому трос натягивается сильнее, и сила упругости возрастает (рис. «б»). Если сила упругости всё время будет больше силы тяжести, то разгон никогда не прекратится. Однако обычно лифт разгоняется одну-две секунды, а затем движется прямолинейно и равномерно. Значит, сила упругости уменьшается и становится равной силе тяжести (рис. «г»).
Итак, мы обнаружили следующую закономерность: если на тело действуют только уравновешенные силы, то наблюдается либо покой, либо прямолинейное и равномерное движение тела. Закономерность будет верной и наоборот: если тело покоится или движется прямолинейно и равномерно, значит, на него действуют только уравновешенные силы (или не действуют совсем).
Две силы можно заменить равнодействующей силой (см. рис.).
Если силы сонаправлены, то равнодействующая сила равна их сумме и направлена в ту же сторону. Если силы противонаправлены, то равнодействующая сила равна их разности и направлена в сторону большей силы. Следствие: равнодействующая уравновешенных сил равна нулю.
