Cuando un cuerpo está en equilibrio el efecto de giro resultante que actúa sobre él es
Decimos que un cuerpo rígido está en equilibrio cuando tanto su aceleración lineal como angular son nulas respecto a un marco de referencia inercial. Esto significa que un cuerpo en equilibrio puede estar en movimiento, pero si es así, sus velocidades lineal y angular deben ser constantes. Decimos que un cuerpo rígido está en equilibrio estático cuando está en reposo en nuestro marco de referencia seleccionado. Obsérvese que la distinción entre el estado de reposo y el estado de movimiento uniforme es artificial, es decir, un objeto puede estar en reposo en nuestro marco de referencia seleccionado, pero para un observador que se mueve a velocidad constante respecto a nuestro marco, el mismo objeto parece estar en movimiento uniforme con velocidad constante. Como el movimiento es relativo, lo que está en equilibrio estático para nosotros está en equilibrio dinámico para el observador en movimiento, y viceversa. Como las leyes de la física son idénticas para todos los marcos de referencia inerciales, en un marco de referencia inercial no hay distinción entre equilibrio estático y equilibrio.
Aquí, la suma es de todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo, donde m es su masa y [latex] [/latex] es la aceleración lineal de su centro de masa (un concepto que discutimos en Momento Lineal y Colisiones sobre el momento lineal y las colisiones). En equilibrio, la aceleración lineal es cero. Si fijamos la aceleración en cero en (Figura), obtenemos la siguiente ecuación:
Equilibrio de los cuerpos en física
Un cuerpo es un objeto, posiblemente formado por muchas partes, que puede examinarse como una unidad. En la estática, consideramos las fuerzas que actúan sobre el objeto como un todo y también lo examinamos con más detalle estudiando cada una de sus partes, que son cuerpos por derecho propio. La elección del cuerpo es una decisión de ingeniería basada en lo que nos interesa averiguar. Por ejemplo, podemos considerar todo un edificio de gran altura como un cuerpo con el fin de diseñar los cimientos del edificio, y más tarde considerar cada columna y viga de la estructura para asegurarnos de que son lo suficientemente fuertes para desempeñar sus funciones individuales.
Un cuerpo rígido es un cuerpo que no se deforma bajo carga, es decir, un objeto que no se dobla, estira o tuerce cuando se le aplican fuerzas. Se trata de una idealización o aproximación porque ningún objeto del mundo real se comporta así; sin embargo, esta simplificación sigue produciendo información valiosa. Dejará de lado la suposición del cuerpo rígido y estudiará la deformación, la tensión y la deformación en un curso posterior llamado Resistencia de los Materiales o Mecánica de los Materiales. En ese curso realizará análisis de cuerpos no rígidos, pero cada problema que haga allí comenzará con el análisis de cuerpos rígidos que aprenderá a hacer aquí.
Un cuerpo en equilibrio está siempre en reposo
Se dice que un cuerpo está en equilibrio si la fuerza total sobre el cuerpo es nula. Sobre esta base, existen dos tipos de equilibrio: el equilibrio estático y el equilibrio dinámico. Según la primera ley de Newton, un cuerpo sigue estando en estado de reposo o en estado de movimiento uniforme en línea recta, a menos que actúe sobre él una fuerza externa desequilibrada. Además, la segunda ley de Newton implica que una fuerza desequilibrada produce una aceleración.
La suma de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en equilibrio dinámico es cero. Por lo tanto, el cuerpo no experimenta ninguna aceleración. En consecuencia, su velocidad no cambia. Por tanto, el cuerpo en equilibrio dinámico se mueve con una velocidad constante.
Consideremos un bloque de peso W, sobre el que actúa una fuerza F. El bloque se coloca sobre una superficie horizontal. La superficie ejerce una fuerza ascendente FN, llamada fuerza normal, sobre el bloque. Entre la superficie y el bloque actúa una fuerza de rozamiento f. El bloque se mueve hacia la derecha con una velocidad v.
Las fuerzas W y FN son iguales y opuestas. Por tanto, la suma de las fuerzas a lo largo de la dirección vertical es cero. Si la fuerza aplicada F y la fuerza de rozamiento f tienen magnitudes iguales pero están dirigidas de forma opuesta. Por lo tanto, la fuerza neta a lo largo de la horizontal también es igual a cero. Al ser nula la suma de las fuerzas que actúan sobre el bloque, éste no se acelera. Por lo tanto, la velocidad del bloque permanece constante. Sigue moviéndose con la misma velocidad v y en la misma dirección.
Un objeto en equilibrio puede no tener aceleración
Decimos que un cuerpo rígido está en equilibrio cuando tanto su aceleración lineal como angular son nulas respecto a un marco de referencia inercial. Esto significa que un cuerpo en equilibrio puede estar en movimiento, pero si es así, sus velocidades lineal y angular deben ser constantes. Decimos que un cuerpo rígido está en equilibrio estático cuando está en reposo en nuestro marco de referencia seleccionado. Obsérvese que la distinción entre el estado de reposo y el estado de movimiento uniforme es artificial, es decir, un objeto puede estar en reposo en nuestro marco de referencia seleccionado, pero para un observador que se mueve a velocidad constante respecto a nuestro marco, el mismo objeto parece estar en movimiento uniforme con velocidad constante. Como el movimiento es relativo, lo que está en equilibrio estático para nosotros está en equilibrio dinámico para el observador en movimiento, y viceversa. Como las leyes de la física son idénticas para todos los marcos de referencia inerciales, en un marco de referencia inercial no hay distinción entre equilibrio estático y equilibrio.
Aquí, la suma es de todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo, donde m es su masa y [latex]{\mathbf{\overset{a}}[{\text{CM}}[/latex] es la aceleración lineal de su centro de masa (un concepto que discutimos en Momento Lineal y Colisiones sobre el momento lineal y las colisiones). En equilibrio, la aceleración lineal es cero. Si ponemos la aceleración a cero en la figura, obtenemos la siguiente ecuación:
