Qu'est-ce que l'équilibre statique?
L'équilibre statique est un terme utilisé en physique pour décrire une situation dans laquelle les forces totales agissant sur un objet au repos totalisent zéro. En d’autres termes, les forces qui tirent l’objet dans différentes directions s’équilibrent, l’objet restant immobile. Pour qu'un objet soit en équilibre statique, il doit également être en équilibre de translation et en équilibre de rotation, ce qui signifie que les forces extérieures et les couples extérieurs agissant sur l'objet doivent totaliser exactement zéro.
En physique, les forces de mouvement sont souvent décrites en termes de vecteurs. Un vecteur est un concept mathématique abstrait utilisé pour représenter à la fois la direction et la magnitude d'une force. Si une caisse était tirée à une certaine distance vers la gauche, par exemple, le vecteur indiquerait à la fois la direction de la force et la distance à laquelle la caisse a été tirée.
La première loi du mouvement de Newton stipule qu'un objet restera à une vitesse constante si la somme des forces vectorielles sur cet objet est égale à zéro. Les objets au repos resteront au repos sauf s'ils sont soumis à une force, et les objets en mouvement resteront également à la même vitesse s'ils ne sont pas manipulés. La somme vectorielle est aussi appelée force résultante, ou force nette.
En cas d'équilibre statique, les forces agissent sur un objet, mais la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur cet objet est égale à zéro. Cela signifie que les vecteurs opposés s'annulent exactement, entraînant une force nette nulle sur l'objet. Bien que des forces soient présentes, l'objet reste immobile. Pour poursuivre l’exemple donné ci-dessus, si la caisse était tirée simultanément à gauche et à droite avec exactement la même force et le même couple opposé, tous les vecteurs s’opposeraient exactement les uns aux autres et la caisse ne bougerait pas. Ce serait en équilibre statique.
Lorsque les forces externes agissant sur un objet s'annulent, l'objet est dit en équilibre de translation, première condition nécessaire à l'équilibre statique. La deuxième condition est l'équilibre de rotation. En équilibre rotationnel, le couple net, ou force de rotation, agissant sur l'objet doit être nul. Si, par exemple, la caisse est tirée à gauche et à droite mais est également tordue autour d'un axe, cela ne serait pas en équilibre statique, car le couple le ferait bouger. Une force de couple égale et opposée serait nécessaire pour mettre la caisse en équilibre de rotation.