L’équilibre statique est un terme utilisé en physique pour décrire une situation dans laquelle les forces totales agissant sur un objet au repos totalisent zéro. En d’autres termes, les forces qui tirent l’objet dans différentes directions s’équilibrent, ce qui fait que l’objet reste immobile. Pour qu’un objet soit en équilibre statique, il doit également être en équilibre de translation et en équilibre de rotation, ce qui signifie que les forces externes et les couples externes agissant sur l’objet doivent totaliser exactement zéro.
En physique, les forces de mouvement sont souvent décrites en termes de vecteurs. Un vecteur est un concept mathématique abstrait utilisé pour représenter à la fois la direction et l’amplitude d’une force. Si une caisse était tirée à une certaine distance vers la gauche, par exemple, le vecteur indiquerait à la fois la direction de la force et la distance à laquelle la caisse a été tirée.
La première loi du mouvement de Newton stipule qu’un objet restera à une vitesse constante si la somme des forces vectorielles sur cet objet est nulle. Les objets au repos resteront au repos à moins qu’ils ne subissent l’action d’une force, et les objets en mouvement resteront, de même, à la même vitesse à moins qu’ils ne soient soumis à l’action. La somme vectorielle est également appelée force résultante ou force nette.
Dans un cas d’équilibre statique, les forces agissent sur un objet, mais la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur cet objet est nulle. Cela signifie que les vecteurs opposés s’annulent exactement, ce qui entraîne une force nette nulle sur l’objet. Bien que des forces soient présentes, l’objet reste immobile. Pour continuer l’exemple donné ci-dessus, si la caisse était tirée simultanément à gauche et à droite avec exactement la même force et un couple exactement opposé, tous les vecteurs seraient exactement opposés les uns aux autres et la caisse ne bougerait pas. Il serait en équilibre statique.
Lorsque les forces extérieures agissant sur un objet s’annulent, l’objet est dit en équilibre en translation, première condition nécessaire à l’équilibre statique. La deuxième condition est l’équilibre rotationnel. En équilibre de rotation, le couple net, ou force de rotation, agissant sur l’objet doit être nul. Si, par exemple, la caisse est tirée à gauche et à droite mais est également tordue autour d’un axe, elle ne serait pas en équilibre statique, car le couple la ferait bouger. Une force de couple égale et opposée serait nécessaire pour mettre la caisse en équilibre de rotation.