Un corpo è in equilibrio quando resta fermo perché tutte le forze che agiscono su di esso si annullano a vicenda.
Ogni giorno osserviamo oggetti che restano immobili: un libro sul tavolo, una lampada appesa al soffitto, una bicicletta appoggiata al muro. In tutti questi casi parliamo di equilibrio statico, una condizione che la fisica studia analizzando le forze in gioco. Capire l'equilibrio significa scoprire perché alcuni oggetti restano stabili mentre altri cadono al minimo soffio di vento. Questo concetto è fondamentale non solo in scienze, ma anche nell'ingegneria, nell'architettura e perfino nello sport. Studieremo come riconoscere le diverse situazioni di equilibrio e da cosa dipende la stabilità di un corpo.
Le condizioni dell'equilibrio
Un corpo è in equilibrio quando la somma di tutte le forze applicate è uguale a zero e quando nessuna forza tende a farlo ruotare. La prima condizione riguarda la traslazione: se tiro una corda da un lato con 10 N e dall'altro lato un compagno tira con la stessa intensità, la corda non si sposta. La seconda condizione riguarda invece la rotazione e introduce il concetto di momento, cioè la capacità di una forza di far girare un oggetto attorno a un punto fisso. Per capirlo basta pensare a una porta: una spinta vicino ai cardini la muove poco, mentre la stessa spinta sulla maniglia la apre con facilità. Quindi il momento dipende sia dall'intensità della forza sia dalla distanza dal punto di rotazione, chiamato fulcro. Una leva, come l'altalena del parco giochi, è in equilibrio quando i momenti dei due bambini seduti ai lati si compensano perfettamente.
Equilibrio stabile, instabile e indifferente
Non tutti gli equilibri sono uguali: dipende da come reagisce il corpo quando viene leggermente spostato dalla sua posizione iniziale. L'equilibrio è stabile se il corpo, dopo una piccola perturbazione, torna spontaneamente al punto di partenza, come accade a un pendolo fermo o a una scodella con una biglia sul fondo. L'equilibrio è instabile quando una minima spinta basta per farlo allontanare definitivamente, come una matita tenuta in piedi sulla punta. L'equilibrio è invece indifferente quando il corpo, spostato, resta nella nuova posizione senza tornare indietro né allontanarsi ulteriormente, come una palla appoggiata su un piano orizzontale. La differenza dipende dalla posizione del baricentro, cioè il punto in cui possiamo immaginare concentrato tutto il peso del corpo. Un corpo è tanto più stabile quanto più basso è il suo baricentro e quanto più ampia è la sua base di appoggio: per questo motivo i camion da trasporto hanno ruote larghe e carichi sistemati in basso.
Ricorda
- Un corpo è in equilibrio quando la somma delle forze e dei momenti applicati è zero.
- Esistono tre tipi di equilibrio: stabile, instabile e indifferente, e dipendono dalla posizione del baricentro rispetto alla base di appoggio.
- Più il baricentro è basso e la base ampia, maggiore è la stabilità del corpo.
- Esercizio sul quaderno: disegna tre oggetti della tua cameretta e, per ciascuno, indica in quale tipo di equilibrio si trova e dove si trova approssimativamente il suo baricentro.