Che cos'è l'equilibrio statico?
L'equilibrio statico è un termine usato in fisica per descrivere una situazione in cui le forze totali che agiscono su un oggetto a riposo si sommano a zero. In altre parole, le forze che tirano l'oggetto in direzioni diverse si bilanciano, facendo sì che l'oggetto rimanga immobile. Affinché un oggetto sia in equilibrio statico, deve anche essere in equilibrio traslazionale e in equilibrio rotazionale, nel senso che le forze esterne e le coppie esterne che agiscono sull'oggetto devono riassumere esattamente a zero.
In fisica, le forze di movimento sono spesso descritte in termini di vettori. Un vettore è un concetto matematico astratto usato per rappresentare sia la direzione che la grandezza di una forza. Se una cassa veniva tirata a una certa distanza a sinistra, ad esempio, il vettore indicava sia la direzione della forza che la distanza della cassa.
La prima legge di Newton del movimento afferma che un oggetto rimarrà a una velocità costante se la somma delle forze vettoriali su quell'oggetto è zero. Gli oggetti a riposo resteranno a riposo a meno che non vengano agiti da una forza, e gli oggetti in movimento, allo stesso modo, rimarranno alla stessa velocità a meno che non vengano agiti. La somma vettoriale è anche chiamata forza risultante o forza netta.
In un caso di equilibrio statico, le forze agiscono su un oggetto, ma la somma vettoriale di tutte le forze che agiscono su quell'oggetto è zero. Ciò significa che i vettori opposti si annullano a vicenda esattamente, determinando una forza netta zero sull'oggetto. Sebbene siano presenti forze, l'oggetto rimane immobile. Per continuare l'esempio sopra riportato, se la cassa venisse tirata contemporaneamente sia a destra che a sinistra con esattamente la stessa quantità di forza e la coppia esattamente opposta, tutti i vettori sarebbero opposti esattamente l'uno all'altro e la cassa non si muoverebbe. Sarebbe in equilibrio statico.
Quando le forze esterne che agiscono su un oggetto si annullano a vicenda, si dice che l'oggetto si trova in equilibrio traslazionale, la prima condizione necessaria per l'equilibrio statico. La seconda condizione è l'equilibrio rotazionale. Nell'equilibrio di rotazione, la coppia netta, o forza di rotazione, che agisce sull'oggetto deve essere zero. Se, ad esempio, la cassa viene tirata a destra e sinistra ma viene anche ruotata attorno ad un asse, non sarebbe in equilibrio statico, poiché la coppia ne farebbe muovere. Una forza di coppia uguale e contraria sarebbe necessaria per impostare la cassa in equilibrio rotazionale.