Artículo sobre los tipos de equilibrio de la cuerpo rígido
No todos los objetos que encontramos en la vida cotidiana permanecen en reposo. Quizás al principio el objeto esté en reposo, pero si se mueve (por ejemplo, por el viento), puede desplazarse. El problema radica en si, tras el desplazamiento, los objetos regresan o no a su posición original. Esto depende del tipo de equilibrio del objeto. Tras el desplazamiento, existen tres posibilidades:
(1) el objeto regresa a su posición original,
(2) el objeto se aleja de su posición original,
(3) el objeto permanece en su nueva posición.
Si, tras devolver el objeto a su posición original, este se encuentra en equilibrio estable, entonces está en equilibrio inestable. Si, tras moverlo, se desplaza aún más, entonces está en equilibrio inestable. Por el contrario, si tras moverlo permanece en su nueva posición, entonces está en equilibrio neutro.
1. Equilibrio estable
Un objeto inicialmente en reposo, si se le aplica una fuerza o un momento de torsión (que genera una fuerza resultante o un momento resultante), se moverá. El equilibrio es estable si, tras moverse, el objeto regresa a su posición original. Los objetos en movimiento regresan a su posición original debido a la fuerza resultante o al momento resultante que aparece tras el movimiento.
Ejemplo 1. Un objeto cuelga de una cuerda sujeta a un amortiguador. Inicialmente, el objeto está en reposo. Tras ser empujado, se mueve y regresa a su posición original. El peso del objeto se concentra en su centro, mientras que el punto de apoyo se encuentra entre la cuerda y el amortiguador. Los objetos en movimiento regresan a su posición original debido a la fuerza gravitatoria resultante en dirección horizontal (wx). La tensión de la cuerda (T) y la componente de gravedad en dirección vertical (wy) se anulan mutuamente, ya que ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero direcciones opuestas.
Ejemplo 2. El objeto en el valle. Inicialmente, el objeto está en reposo. Tras ser movido, se desplaza hacia la derecha y hacia la izquierda, para luego regresar a su posición original. La bola regresa a su posición original debido a la gravedad resultante en dirección horizontal (wx). La componente de gravedad en dirección vertical (wy) y la fuerza normal (N) se anulan mutuamente, ya que ambas fuerzas tienen la misma magnitud, pero direcciones opuestas.
Ejemplo 3. Inicialmente, el objeto está en reposo. El centro de gravedad es el centro del objeto, y el punto de apoyo está en la base del objeto en contacto con el plano. Después de moverse hacia la derecha, el objeto se eleva hacia la derecha. Si la posición del centro de gravedad todavía está a la izquierda del punto de apoyo, entonces el objeto aún puede regresar a su posición original. El objeto puede volver a su posición original debido al momento resultante de la fuerza generada por la gravedad. En este caso, el punto de apoyo actúa como eje de rotación. Por el contrario, si el objeto se mueve hacia la izquierda, entonces el objeto Elevado hacia la izquierda. Si la posición del centro de gravedad aún se encuentra a la derecha del punto de apoyo, el objeto puede volver a su posición original.
En casos como el del ejemplo 3, los objetos se encuentran en equilibrio estable si, tras ser elevados, su centro de gravedad no pasa por el punto de apoyo. Si, tras ser elevados hacia la derecha, el centro de gravedad sobrepasa el punto de apoyo, el objeto se desplaza de su posición original. Este es un ejemplo de equilibrio inestable.
2. Equilibrio inestable
El equilibrio es inestable si el objeto permanece inicialmente inmóvil debido a la fuerza resultante o al momento resultante de la fuerza que actúa sobre él. Tras moverse, el objeto no regresa a su posición original, sino que se aleja de ella.
Ejemplo 1. Un objeto inicialmente inmóvil debido a una interferencia. Tras moverse, el objeto continúa alejándose de su posición original. El desplazamiento se debe a que, al moverse, el centro de gravedad se sitúa a la derecha del punto de apoyo. Al estar el centro de gravedad a la derecha del punto de apoyo, surge un momento resultante que desvía el objeto de su posición original.
Ejemplo 2. El objeto se encuentra inicialmente por encima del pico.
Después de ser movido, el objeto continúa alejándose.
desde su posición original. El objeto se aleja de su posición original debido a la presencia de componentes de gravedad en la dirección horizontal (w x ).
3. Equilibrio neutral
Equilibrio neutro si, tras moverse debido a una interferencia, el objeto permanece en su nueva posición. Los objetos no regresan a su posición original ni se alejan de ella.
Ejemplo 1: Una pelota inicialmente reposa sobre un plano horizontal y se mueve. Tras detenerse, la pelota permanece en su nueva posición. No regresa a su posición original ni se aleja de ella.
Basándonos en la explicación anterior, se puede concluir:
En primer lugar, si el centro de gravedad del objeto está por debajo del punto de apoyo, el objeto se encuentra en equilibrio estable. Por ejemplo, un objeto colgado de una cuerda en un amortiguador.
En segundo lugar, si el centro de gravedad de un objeto se encuentra por encima del punto de apoyo, el equilibrio del objeto es relativo. Los objetos pueden ser estables o inestables.
En tercer lugar, el equilibrio de los objetos depende de su forma y tamaño. Los objetos más anchos son más estables que los objetos menos anchos.
En cuarto lugar, el equilibrio de los objetos depende de la distancia del centro de gravedad al punto de apoyo.
Si el centro de gravedad se encuentra lejos del punto de apoyo, el objeto está en equilibrio inestable. Por el contrario, si el centro de gravedad está cerca del punto de apoyo, el equilibrio es inestable.
