Significado de equilibrio Definición, ejemplos, condiciones, y homeostasis

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Definición formal

Generalmente, cuando hablamos de equilibrio nos referimos a un estado de estabilidad en el que está un sistema cuando se encuentra bajo la acción de dos o más condiciones opuestas entre sí. Particularmente en física, se entiende al equilibrio como la estabilidad que alcanza un cuerpo o un sistema cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero. El concepto de equilibrio también tiene importancia en otras áreas como en la fisiología, en donde se conoce con el término “homeostasis”.

En nuestro día a día nos encontramos con perfectos ejemplos de equilibrio. Las casas, edificios y grandes construcciones que encontramos en los pueblos o ciudades en los que vivimos se pueden mantener gracias a un equilibrio entre todas las fuerzas que actúan sobre ellos. Cuando este equilibrio se rompe todas estas construcciones pueden colapsar, por ejemplo, cuando ocurre un terremoto. Incluso, nosotros mismos somos grandes máquinas biológicas que poseen mecanismos que buscan el equilibrio y nos permiten sobrevivir.

Condiciones para el equilibrio estático

Imaginemos un cuerpo cualquiera que está sometido a varias fuerzas. Para que dicho cuerpo se encuentre en equilibrio estático se deben de cumplir las siguientes condiciones:

1. El momento lineal \(\vec P\) del centro de masa del cuerpo tiene que ser constante. Es decir que:

\(\vec P = constante\)

2. El momento angular \(\vec L\) alrededor del centro de masa del cuerpo, o alrededor de cualquier otro punto, también tiene que ser constante. O sea que:

\(\vec L = constante\)

Podemos ver estas condiciones desde una perspectiva diferente. La fuerza \(\vec F\) que actúa sobre el cuerpo está dada por:

\(\vec F = \frac{{d\vec P}}{{dt}}\)

Es decir, que la fuerza es la derivada del momento lineal con respecto al tiempo. Sin embargo, si el cuerpo se encuentra en equilibrio entonces \(\vec P = constante\). Como la derivada de una constante es igual a cero podemos decir entonces que:

\(\vec F = 0\)

Por otro lado, también tenemos que el torque \(\vec \tau \) que actúa sobre el cuerpo será:

\(\vec \tau = \frac{{d\vec L}}{{dt}}\)

El torque es la derivada del momento angular con respecto al tiempo. Como en el caso anterior, si el cuerpo está en equilibrio entonces \(\vec L = constante\). Por lo tanto, obtenemos que:

\(\vec \tau = 0\)

Podemos entonces enunciar dos condiciones de equilibrio que son equivalentes a las que se mencionaron en un principio.

1) La suma vectorial de todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo tiene que ser igual a cero.

2) La suma vectorial de todos los torques externos que actúan sobre el cuerpo, sin importar desde que punto se midan, tiene que ser nula.

Estas últimas condiciones son las que generalmente se aplican para considerar si un cuerpo se encuentra en equilibrio. Este concepto de equilibrio estático es fundamental para la construcción de casas y edificios. Para lograr esto se deben considerar todas las fuerzas que actuarán sobre la estructura como la gravedad y la fuerza del aire.

Equilibrio termodinámico

Otro tipo de equilibrio importante en la Física es el equilibrio termodinámico. Cuando dos o más cuerpos con distintas temperaturas entran en contacto entre sí, existe una transferencia de energía entre estos hasta que todos los cuerpos involucrados tengan la misma temperatura. Lo mismo sucede entre un sistema termodinámico y su entorno. Esto es lo que se conoce como equilibrio térmico.
Podemos decir que en conjunto un cuerpo está en completo equilibrio cuando posee equilibrio estático y cuando está en equilibrio termodinámico.

Homeostasis

En Fisiología se conoce como homeostasis a la capacidad que tienen los organismos de mantener un equilibrio en sus condiciones internas en respuesta a los cambios que ocurren en su entorno. La homeostasis se logra gracias a ciclos de retroalimentación que responden a los estímulos externos.

Las células de nuestro cuerpo sólo pueden sobrevivir en rangos muy específicos y limitados de ciertos parámetros, como lo son la temperatura, el pH, la concentración de sales, etc. La homeostasis es fundamental para mantener estos valores. Por ejemplo, en todo nuestro cuerpo poseemos termorreceptores que son capaces de detectar tanto el calor como el frío. De esta manera nuestro cuerpo es capaz de reaccionar a esto para mantener nuestra temperatura corporal de aproximadamente 37 °C.

Cuando uno o más de los ciclos de retroalimentación de nuestro cuerpo falla, el estado de homeostasis se rompe y resulta en alteraciones fisiológicas que tienen un impacto negativo en nuestra salud o que directamente nos pueden ocasionar la muerte. Por ejemplo, cuando nuestras células dejan de responder adecuadamente a la insulina, las células \(\beta \) del páncreas tratan de contrarrestar esta diminución en la sensibilidad a la insulina produciendo más de esta hormona y así mantener la homeostasis de la concentración de glucosa en sangre. Si esta resistencia a la insulina se mantiene, las células \(\beta \) del páncreas eventualmente se atrofian y son incapaces de producir más insulina. Esto lleva a la aparición de la patología conocida como “Diabetes Mellitus Tipo 2”.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Trabajo publicado en: Jun., 2023.

Datos para citar en modelo APA: Zamora Ramírez, A. (junio, 2023). Significado de Equilibrio. Significado.com. Desde https://significado.com/equilibrio-2/