静的・動的バランス

均衡とは、多くの分野で使用される概念で、対象となるシステムにおいて、2つの相反する力のバランスを示すものです。

この場合、静的平衡と動的平衡は、2つ以上の性質が平衡状態にある物理システムの2つの状態である。このような状況を具体的に研究しているのが、力学と物理化学である。

静的平衡とは？

一般に、静的平衡とは、ある系のマクロな性質とミクロな性質が時間的に一定である状態と定義される。

力学では、合力が作用していない系は、次のような場合に平衡状態にあると考えることができる。

-すべての外力のベクトル和が0であること ∑→FEXT=0

-任意の線に関するすべての外部モーメントの和が0である、∑→GEXT=0

また、系の速度も0（つまり→V＝0）であれば、系は静的平衡状態である。

例えば、ある部屋のテーブルの上にある物体が転がっているとします。物体に働く外力、すなわち重力（＝重さ）は、テーブル上の物体に働く反力によって打ち消される。さらに、反力とおもりが同一線上にあるため、モーメントが発生しない。しかも、テーブルは床の上にある部屋の中にあり、動きません。したがって、この本は静的平衡状態にあると推察される。

ダイナミックバランスとは？

動的平衡とは、一般に、マクロな性質は一定でミクロな性質が変化する系の状態と定義されることがあります。

力学では、具体的に「平衡状態にあるが、速度がゼロでない（つまり、系が等速で動いている）系」と定義することができる。したがって

-∑→FEXT=0

-∑→GEXT=0

-→V≠0

再びテーブルと物体を考えるが、部屋の中ではなく、一定の速度で移動する列車の車両の中に置かれる。

熱力学では、ある系の温度が一定で（つまり系のエネルギーが一定で）、熱と仕事の移動が起こっている場合。必要条件は、仕事入力と熱入力の和が、仕事出力と熱出力の和に等しいことである。

化学系では、可逆系で順反応と逆反応が同じ速度で起こるとき、動的平衡が起こる。反応物と生成物の濃度は一定だが、反応物の一部が生成物に、生成物が反応物に変換されることに変わりはない。しかし、この相反する2つのプロセスは、同じ速度で発生します。

例えば、NO2とN2O4の系を考えてみましょう。NO2ガスが容器内で圧縮されると、圧力の増加により系が前方に偏向し、N2O4が生成されて分子数が減少し、やがて圧力が低下する。しかし、ある時点で正反応が止まり、N2O4の生成も止まってしまうようです。系の濃度（または分圧）は一定である。しかし、分子レベルでは、NO2がN2O4に、逆にNO2がN2O4に変換される。

静的平衡と動的平衡の違いは何ですか？

-静的平衡ではミクロの性質とマクロの性質が変わらないが、動的平衡ではミクロの性質が変化し、マクロの性質は変わらない。

-力学では、不均衡な外力や外的モーメントがない系は、平衡状態にあると考えることができる。あるいは、システムが静止している場合は静的平衡、一定の速度で動いている場合は動的平衡となります。

-熱力学的系では、温度が一定で、熱物質移動の入出力率が等しい場合、その系は（動的／熱力学的）平衡状態にある。