Equilibrio statico è un termine usato in fisica per descrivere una situazione in cui le forze totali che agiscono su un oggetto fermo 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, il che significa che le forze esterne e le coppie esterne che agiscono sull’oggetto devono sommarsi esattamente a zero.
In fisica, le forze di movimento sono spesso descritte in termini di vettori. Un vettore è un concetto matematico astratto utilizzato per rappresentare sia la direzione che la grandezza di una forza. Se una cassa viene tirata a una certa distanza a sinistra, ad esempio, il vettore indicherà sia la direzione della forza che la distanza in cui è stata tirata la cassa.
La prima legge del moto di Newton afferma che un oggetto rimarrà a velocità costante se la somma delle forze vettoriali su quell’oggetto è zero. Gli oggetti in quiete rimarranno in quiete a meno che non vengano azionati da una forza, e gli oggetti in movimento rimarranno, allo stesso modo, alla stessa velocità se non 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, risultando in una forza netta zero sull’oggetto. Sebbene siano presenti delle forze, l’oggetto rimane immobile. Per continuare l’esempio dato sopra, se la cassa venisse tirata simultaneamente sia a sinistra che a destra con esattamente la stessa quantità di forza e coppia esattamente opposta, tutti i vettori sarebbero esattamente opposti l’uno all’altro e la cassa non si muoverebbe. Sarebbe in equilibrio statico.
Quando le forze esterne agenti su un oggetto si annullano, si dice che l’oggetto è in equilibrio traslazionale, prima condizione necessaria per l’equilibrio statico. La seconda condizione è l’equilibrio rotazionale. In equilibrio rotazionale, la coppia netta, o forza di rotazione, che agisce sull’oggetto deve essere zero. Se, ad esempio, la cassa viene tirata a destra ea sinistra ma viene anche ruotata attorno a un asse, non sarebbe in equilibrio statico, perché la coppia la farebbe muovere. Sarebbe necessaria una forza di coppia uguale e contraria per impostare la cassa in equilibrio rotazionale.