O equilíbrio de um corpo é observado quando a soma de todas as forças que agem sobre ele tem força resultante nula.
Para estar em equilíbrio, o objeto deve se encontrar em repouso ou realizando um movimento na mesma direção com uma velocidade constante.
Na Física, o equilíbrio ocorre quando o movimento de um corpo e sua energia interna não se alteram em um intervalo de tempo.
Observe o exemplo abaixo.
O corpo apresentado na imagem está em equilíbrio, pois as forças que atuam sobre ele se anulam, ou seja, há um equilíbrio entre as forças da direita e esquerda, da mesma forma que as forças para cima e para baixo estão balanceadas.
Desta forma, os vetores das forças que agem sobre o objeto, ao serem somados, tem como resultado uma força resultante igual a zero.
As condições para ocorrer um equilíbrio são: velocidade constante e ausência de aceleração.
O equilíbrio de corpo pode ser classificado em estático e dinâmico.
O equilíbrio estático é um estado estacionário, quando o objeto está em repouso sobre uma superfície em posição de equilíbrio. Portanto, a velocidade do objeto é nula.
Exemplo: uma maçã em cima da mesa.
As forças verticais que atuam sobre a maçã em uma superfície plana ao serem somadas resultam em zero.
A força peso, P, é a força exercida pela maçã na mesa. Já a força normal, é a força que a mesa exerce sobre a maçã, na mesma direção da força peso, mas no sentido oposto.
O equilíbrio dinâmico ocorre quando a velocidade do objeto é constante. Sendo assim, o corpo realiza movimento retilíneo uniforme. Por percorrer a mesma distância em intervalos de tempo iguais, a aceleração é nula.
Exemplo: um carro na estrada.
Ao deslocar-se com velocidade constante em uma trajetória reta, um carro está em equilíbrio dinâmico. Além das forças peso e normal, também estão presentes a força de atrito do ar e a força exercida pelos pneus.
Portanto, as forças verticais e horizontais que atuam sobre ele, ao serem somadas a força resultante zero.
Saiba mais sobre o movimento retilíneo uniforme.
O tipo de equilíbrio de um corpo pode ser constatado quando deslocamos o corpo e, em seguida, o abandonamos para perceber a reação que ocorre.
O corpo desenvolve uma força que se oponha ao deslocamento aplicado para retornar à posição inicial. Com isso, o corpo resiste a ser retirado do seu estado atual.
Exemplo: Uma esfera suspensa em um fio preso a um suporte, como um pêndulo.
Na sua posição mais baixa, ponto A, a esfera está em repouso e, ao deslocar a esfera da posição A até a posição B, mais alta que a sua posição de equilíbrio, a gravidade atuará sobre ela fazendo com que retorne para posição inicial, porque seu centro de gravidade está na posição mais baixa.
Um movimento externo inicia a produção de forças no corpo que aumentam o deslocamento, fazendo com que se atinja um novo estado de equilíbrio.
Exemplo: retirando o fio e o suporte que prendia a esfera e colocando-a em um pico, ao deslocá-la dessa posição ela não consegue retornar por si só, mas ela se movimenta até encontrar outra posição de equilíbrio.
Quando não há a tendência de retornar ao estado inicial ou se afastar e desenvolver um novo estado de equilíbrio, pois seu centro de gravidade não altera sobre a superfície de apoio.
Exemplo: colocando a esfera sob uma superfície plana, independente do movimento realizado, o objeto continuará em equilíbrio, pois não muda seu centro de gravidade.
Observe a seguir as condições de equilíbrio em diferentes situações.
Corpo mecânico: permanece na condição de equilíbrio, ou seja, sem sofrer aceleração, desde que nenhuma força externa haja sobre ele.
Partícula: observamos o equilíbrio quando a soma dos vetores das forças que agem sobre ela é igual a zero.
Corpo rígido: o equilíbrio ocorre quando o movimento rotacional é constante, pois se considera nesse conjunto de pontos materiais os movimentos de rotação e translação. Portanto, a soma dos vetores de força e torque atuando sobre o corpo é nula.
Barra articulada: uma barra homogênea articulada permanece em equilíbrio quando as forças que agem sobre ela (peso, tração e força) são concorrentes.
Confira outras abordagens sobre equilíbrio lendo os textos a seguir:
FERRARO, N.G. e SOARES, P.A.T. Física Básica – Volume Único. São Paulo: Editora Atual, 1998.
BONJORNO, J.R.; BONJORNO, R.A; BONJORNO, V. e RAMOS, C.M. Física Fundamental – Volume Único. São Paulo: Editora FTD, 1999.
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