Written by En física clásica, define equilibrio estático como la disposición de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo dado en reposo, de modo que la resultante de estas fuerzas tiene un módulo igual a cero. Es decir, todos y cada uno de los cuerpos estarán estacionarios (en este caso, estacionarios en el sentido de ausencia de movimiento, acelerados o no) en relación con un punto de referencia si, y solo si, las fuerzas resultantes aplicadas sobre él son nulas.
En la vida cotidiana, básicamente todo lo que está en reposo ante los ojos (nuestro punto de referencia estándar) está en equilibrio estático, como: un televisor en una estantería, una silla, un libro sobre una mesa. Si alguna fuerza actúa sobre estos objetos de tal manera que supera cualquier obstáculo contrario, como la fuerza de fricción, la fuerza neta final será distinta de cero y el cuerpo se moverá.
Equilibrio en un punto material
Un punto material es solo una abstracción de dimensiones sin importancia. Por lo tanto, si un diagrama de fuerzas actúa sobre este punto, no interferirá con la fuerza neta final, ya que cualquier fuerza que se le aplique se ubicará “en el mismo lugar”, no habrá espacio entre las fuerzas que actúan.
Tenga en cuenta el siguiente diagrama de fuerza:
Considerando que | Fdos| ≠ | F1| ≠ | F3|, el diagrama solo estará en equilibrio si la suma de estas fuerzas (excluyendo el módulo) es cero. Y, como la fuerza F1 está inclinada en cierto ángulo con la horizontal, debe descomponerse en fuerzas vectoriales en el campo de ordenadas (y) y abscisas (x).
Adoptando la referencia positiva a la parte superior y a la derecha, el equilibrio estático solo será verdadero si:
F1 año = F3 -> F1senθ = F3
F1x = Fdos -> F1cosθ = Fdos
Equilibrio en cuerpo largo
Dado que un cuerpo grande es aquel cuyas dimensiones son considerables en los cálculos, y cuyas fuerzas pueden estar espaciadas, el concepto de par (o momento estático de una fuerza) para la definición de equilibrio estático.
Tenga en cuenta el siguiente diagrama:
Dos cuerpos de masas my M (donde M> m) cuelgan de una barra homogénea (con el centro de masa exactamente en el medio de su longitud) en equilibrio estático. Como es un cuerpo largo, se deben considerar las distancias de las fuerzas al (los) punto (s) de apoyo (punto (s) en el que la barra recibe la fuerza normal orientada hacia arriba). Para este caso, el saldo vendría dado por:
Mpm + MpM + Mpb + MN = 0, donde Mpm = Momento del peso corporal de la masa m; MpM = Momento del peso corporal de la masa M; Mp = Momento de peso de la barra; MN = Momento de fuerza normal.
Considerando que el centro de masa de la barra está exactamente en el punto de apoyo especificado en la figura, la distancia entre la fuerza normal y el punto de apoyo es cero, así como la distancia entre el vector de peso y el mismo punto de apoyo.
Y ser par = Fdsenθ, donde senθ = seno del ángulo que forma la fuerza con el plano del miembro (generalmente horizontal):
Pm.rmetro.sen90 ° + PM.rMETRO.sen90 ° + Pb.0.sen90 ° + FN.0.sen90 ° = 0
Donde Pm = peso corporal de masa m; PM = peso corporal de la masa M.
El ángulo de 90 ° (seno = 1) se utilizó como valor predeterminado porque los pares de torsión distintos de cero (de my M) están en la misma dirección (hacia abajo). Si hubiera algún vector de fuerza distinto de N (nulo, ya que d = 0) orientado hacia arriba, los ángulos de my M serían 270 °, lo que les daría un signo negativo en la ecuación.
Entonces, la ecuación final del torque resultante se reduce a:
Pm.rmetro + PM.rMETRO = 0
Para que la suma sea igual a cero, uno de los pares debe tener un signo negativo. Y, como el seno de los ángulos es el mismo (1), se debe evaluar lo siguiente: si no hubiera equilibrio, ¿cuál sería la dirección de rotación? Esa fuerza que hace que la barra gire hacia abajo recibe un valor negativo. Y como PM> Pm:
Pm.rmetro – PM.rMETRO = 0
Pm.rmetro = PM.rMETRO
Si la barra tuviera más de un punto de apoyo, el procedimiento sería: elegir uno de los puntos y adoptarlo como punto de inflexión (generalmente se elige el punto más extremo), y luego usar las distancias de cada fuerza que actúa sobre la barra hacia arriba hasta ese punto.
Fuentes:
GUALTER José Biscuola, NEWTON Villas Boas, HELOU Ricardo Doca. Temas de Física 1: Mecánica, São Paulo – SP: Editora Saraiva, 2007. 20ª Edición. 527 páginas
