¿Qué tipo de movimiento tiene un objeto en equilibrio?

Cuando la suma de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido es igual a cero, se dice que el cuerpo está en equilibrio. La condición para que un cuerpo esté en equilibrio traslativo o rotacional es que las fuerzas netas y el par con componentes propias en un punto deben ser cero.

La segunda condición es que el cuerpo rígido no debe girar en ningún punto específico. Incluso cuando hay un sistema de fuerzas concurrentes, el cuerpo debe estar en reposo o en movimiento uniforme. Debe estar en equilibrio. En general, hay dos tipos de equilibrio: el dinámico y el estático. En física, el análisis de la diferencia entre el equilibrio estático y el dinámico permite comprender la mecánica del cuerpo. Así que vamos a entrar en más detalles sobre el tema.

Aunque un cuerpo en equilibrio dinámico parezca estar en reposo, en realidad está en movimiento. En cambio, un cuerpo en equilibrio estático permanece en reposo con una fuerza externa aplicada. La principal diferencia entre el equilibrio estático y el dinámico es el estado del cuerpo cuando todas las fuerzas actúan sobre él. No hay ninguna restricción sobre el número de fuerzas o pares aplicados a un objeto en equilibrio estático o dinámico, y ΣF = 0 y Στ = 0.

Equilibrio estático

Una partícula que permanece en reposo o en movimiento uniforme con respecto a su marco de referencia se dice que está en equilibrio en ese marco. Hace siglos se reconocía que el estado de reposo era un estado natural de las cosas, ya que se observaba que los objetos puestos en movimiento sobre la superficie de la tierra tendían a reposar. Se pensaba que el mantenimiento de cualquier movimiento horizontal en la tierra requería el ejercicio continuado de una fuerza, por lo que era un movimiento violento, mientras que el movimiento vertical, como el de un cuerpo que cae, se consideraba natural. En los cuerpos celestes se pensaba que el movimiento circular era natural. Que el movimiento uniforme en línea recta era una condición de equilibrio universal, un estado natural de las cosas, no se reconoció hasta los trabajos de Galileo (1564-1642) y Newton (1642-1727), que representaron una contribución muy significativa al estudio de la mecánica y a nuestra comprensión de la naturaleza. Newton resumió su concepción del movimiento en tres principios, que hoy se denominan las leyes del movimiento de Newton, el primero de los cuales puede enunciarse así Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento continuará en movimiento con velocidad constante en línea recta, mientras no actúe ninguna fuerza neta sobre el cuerpo.

Qué es la física

La estática es la rama de la mecánica que estudia las fuerzas que actúan sobre los cuerpos en equilibrio estático o dinámico. El equilibrio estático es un estado en el que los cuerpos están en reposo; el equilibrio dinámico es un estado en el que los cuerpos se mueven a velocidad constante (movimiento rectilíneo). En ambos casos, la suma de las fuerzas que actúan sobre ellos es nula.

Imaginemos una situación sencilla de un atleta de pie en el suelo (Fig. 5). Hay dos fuerzas que actúan sobre el atleta. La primera es la fuerza gravitatoria sin contacto. Si sólo actuara esta fuerza sobre el atleta, éste se movería hacia abajo con una aceleración de 9,81 ms-2. Como evidentemente no es el caso, debe existir otra fuerza que provoque el estado de equilibrio estático, de manera que el atleta esté en reposo. Se trata de la fuerza de reacción del suelo que actúa hacia arriba sobre los pies del atleta.

En el caso de una persona de pie, la fuerza de reacción del suelo actúa hacia arriba sobre el cuerpo humano y, de acuerdo con nuestra convención, tiene dirección positiva. Sin embargo, su magnitud nos es desconocida. La fuerza gravitatoria actúa hacia abajo y, por tanto, tiene dirección negativa.

Qué es el equilibrio

Una fuerza es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene una magnitud (tamaño) y una dirección asociadas. Si el tamaño y la dirección de las fuerzas que actúan sobre un objeto están exactamente equilibrados, entonces no hay ninguna fuerza neta que actúe sobre el objeto y se dice que el objeto está en equilibrio. Como no hay ninguna fuerza neta que actúe sobre un objeto en equilibrio, según la primera ley del movimiento de Newton, un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento permanecerá en movimiento. Entender el equilibrio significa entender los conceptos básicos de las fuerzas, el par y la física vectorial en general. Estos conceptos son útiles para interiorizarlos en las pruebas y en las intuiciones en escenarios de la vida real (por ejemplo, durante la cirugía ortopédica).

Obtuvo su doctorado en Física por la Universidad de Yale en 2019. Se le concedió la beca de posgrado en física D. Allan Bromley en 2019 y la beca posdoctoral del Instituto Cuántico de Princeton en 2020.