Evelyn Maitee Marín
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD

Equilibrio

El equilibrio es un concepto en física que describe el estado de reposo, o movimiento a velocidad constante que presenta un cuerpo cuando está sometido a dos o más fuerzas. Se refiere a la capacidad de un objeto para permanecer en su posición actual sin verse afectado por fuerzas externas, como la gravedad o la fricción, lo cual no significa que no existan fuerzas actuando sobre dicho cuerpo, sino que todas las componentes individuales están equilibradas entre sí y ninguna tiene ventaja sobre ningún otro componente.

El proceso de equilibrar un cuerpo o sistema realmente es algo con la que las personas y muchos animales se enfrentan desde el inicio de la vida, por ejemplo, para un ser humano, aprender a caminar es una tarea que requiere coordinación y práctica para mantener el equilibrio, es decir, lograr que el centro de gravedad del cuerpo permanezca balanceado sobre los puntos de apoyo (los pies).

Nuestros sentidos nos ayudan a mantener el balance físico, por ejemplo, al caminar o estar de pie sin caernos. Para otras personas como los bailarines, los movimientos y posturas requieren de años de entrenamiento para mantenerse en equilibrio con pocos puntos de apoyo (ejemplo, una mano).

El ejemplo más básico de equilibrio se puede ver en objetos cotidianos como libros en estantes; se quedan quietos porque su peso se distribuye uniformemente entre ellos y ninguna fuerza domina sobre otra. En Física, este tipo de equilibrio también se puede encontrar con cuerpos rígidos suspendidos de un punto fijo, donde la suma total de todas las fuerzas que actúan sobre él debe ser igual a cero para que se mantenga la estabilidad y el equilibrio dentro del sistema mismo. El mismo principio se aplica a los fluidos; la presión ejercida en un lado debe ser igual a la que existe en el lado opuesto si también se desea el equilibrio dentro de esos sistemas.

Tipos de equilibrio

Desde el punto de vista de la Física clásica, el equilibrio implica que el cuerpo no presente aceleración, y esta condición se manifiesta básicamente en dos situaciones:

• Cuando el cuerpo está en reposo (v = 0)

• Cuando el cuerpo se mueve en línea recta a velocidad constante (v = cte)

Es importante recordar que si cuerpo se mueve en una trayectoria curvilínea, aunque el módulo de la velocidad permanezca constante, el objeto no está en equilibrio debido a que en este tipo de movimiento, aparece la aceleración centrípeta.

Otro criterio para clasificar el equilibrio es considerando su estabilidad, y bajo este esquema se puede considerar como estable o inestable:

El equilibrio estable es cuando un sistema está en su condición de energía más baja, y si este sistema se perturba levemente, tiende a volver u oscilar alrededor de su estado de equilibrio original. Por otra parte, el equilibrio inestable, también conocido como equilibrio metaestable, ocurre cuando se debe introducir energía adicional en el sistema para que permanezca en el mismo estado. Cuando el sistema es perturbado, experimentará una fuerza o torsión neta en la misma dirección que el desplazamiento desde el equilibrio, lo que hará que el sistema se desplace más y más lejos del estado de equilibrio original.

El arreglo de las rocas que se observa puede considerarse una condición de equilibrio inestable, ya que ante una pequeña perturbación (como una fuerza externa que tropiece con alguna de las piedras), hará que las rocas se caigan.

La primera ley de Newton para el análisis del equilibrio estático

La primera ley de movimiento de Newton, también conocida como ley de Inercia, establece que un objeto en reposo permanecerá en reposo, y un objeto en movimiento permanecerá en movimiento a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Cuando se trata de analizar cuerpos en equilibrio, esta ley plantea que la suma de todas las fuerzas sobre un cuerpo debe ser igual a cero. Esto significa que la fuerza neta sobre el cuerpo es nula. Para usar esta ley en el análisis de cuerpos en equilibrio, se suele aplicar la ecuación:

F_net = 0

Esta ecuación indica que la suma de todas las fuerzas sobre el cuerpo es igual a cero. Para resolver las fuerzas individuales, pueden utilizarse diagramas de fuerzas vectoriales, que le ayudarán a visualizar y calcular las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, a esta técnica se le conoce como diagrama de cuerpo libre. Una vez que tenga todas las fuerzas, puede sumarlas y asegurarse de que sumen cero. Si la suma no es igual a cero, entonces el cuerpo no está en equilibrio.

Adicionalmente, para que un cuerpo se encuentre en equilibrio rotacional, la sumatoria de pares, momentos o torcas, deben ser también iguales a cero.

El equilibrio también puede referirse a estados dinámicos como los que se encuentran en las oscilaciones u ondas, donde la energía pasa de un lado a otro a través de un sistema a intervalos regulares sin cambiar su forma general (siempre que no interfieran influencias externas).

Aplicaciones

El equilibrio es una condición que está presente en muchos sistemas en el universo, y algunas de las ciencias, como la estática, estudian o aplican el equilibrio. En la ingeniería civil, esta condición se utiliza para el diseño y análisis de estructuras como puentes, armaduras, entramados y otras estructuras cuya función es soportar fuerzas mientras permanecen en equilibrio.

Desde el punto de vista estructural, los puentes se diseñan para que soporten cargas mientras permanecen en equilibrio.

Por: Evelyn Maitee Marín. Ingeniera industrial con maestría en Ciencias aplicadas de Física y doctorado en Ciencias de la Educación. Profesora de la Universidad del Zulia.

Art. actualizado: Marzo 2023; sobre el original de octubre, 2008.

Datos para citar en modelo APA: Marín, E. M. (Marzo 2023). Definición de Equilibrio. Significado.com. Desde https://significado.com/equilibrio/