Equilíbrio estável: conceito e exemplos - Ciência - 2023

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Na física, um objeto está em equilíbrio estável quando, deslocando-o ligeiramente de sua posição, ele retorna a ele imediatamente. Você pode visualizar isso imaginando uma bola de gude no fundo de um recipiente côncavo: com um pequeno toque, a bola de gude balança brevemente em torno do ponto mais baixo e depois pára.

Quando a bola de gude está no fundo do recipiente, sua energia potencial gravitacional é mínima, então este ponto é um ponto de equilíbrio estável para ela.

O equilíbrio estável é importante para os seres vivos e estruturas, por isso é importante saber do que depende e como mantê-lo.

Caminhando e executando movimentos, pessoas e animais mantêm o equilíbrio naturalmente. Não fazer isso resultará em uma queda. Na prática esportiva, o equilíbrio estável é fundamental para o desenvolvimento da atividade, como jogar futebol e correr com a bola, evitando que o adversário a pegue.

A estabilidade é tão importante na natureza que as pessoas e os animais têm sentidos que lhes permitem saber a posição de seu corpo em todos os momentos: a propriocepção. No ouvido interno, existem vários receptores que transmitem informações de posição ao cérebro o tempo todo.

Da mesma forma, engenheiros e construtores usam os princípios de estabilidade para construir estruturas capazes de durar ao longo do tempo e seguras para os usuários. A experiência e o estudo da mecânica levam ao estabelecimento das seguintes condições para garantir o equilíbrio estável das coisas:

Equilíbrio estável em corpos apoiados

Para que um corpo permaneça em equilíbrio estável quando apoiado, ele deve estar em conformidade com:

-O corpo deve ter a maior superfície de apoio possível. Esta zona de apoio é delimitada por todos os eixos possíveis em relação aos quais o objeto poderia girar, tombando sob a ação de forças externas.

-O centro de gravidade deve estar na posição mais baixa possível.

Centro de massa e superfície de apoio

O equilíbrio estável de um corpo, animado ou não, depende da localização do seu centro de massa, um ponto muito especial onde se concentra toda a sua massa. Estando na Terra, o centro de massa coincide com o centro de gravidade, que é o ponto do corpo onde o peso é considerado aplicado.

E é que o peso é uma das forças mais importantes a se levar em conta na busca do equilíbrio, pois dependendo de como ele atua, pode causar um torque ou momento que faz o corpo girar.

O centro de massa não contém necessariamente massa. Em uma pessoa em pé ou deitada, o centro de massa está dentro do corpo. Mas, ao se curvar para tocar os dedos dos pés sem dobrar os joelhos, o centro de massa sai.

O outro elemento essencial para manter o equilíbrio estável de um objeto é o suporte ou superfície de suporte. Com base na experiência, é reconhecido que objetos com grandes superfícies de apoio são mais estáveis do que aqueles com superfícies de apoio menores.

Para garantir que um objeto está em equilíbrio estável, a linha perpendicular que conecta o centro de massa à superfície do solo deve passar pela base de suporte. Se esta linha sair da base, o objeto tombará.

Exemplos de equilíbrio estável

Para garantir o equilíbrio estável de um objeto suportado, essas estratégias são seguidas:

-Menos o centro de gravidade do objeto, pois quanto mais próximo do solo, maior a estabilidade. Isso pode ser conseguido tornando a parte inferior do corpo mais maciça.

-Aumente a área de contato com o solo.

Ângulo limite

Na figura a seguir, há um bloco retangular feito de material homogêneo apoiado em uma superfície horizontal. O centro de gravidade coincide com o centro geométrico do bloco.

Na imagem da esquerda, o bloco está em equilíbrio estável, pois a linha perpendicular que une o centro de gravidade ao piso passa pela superfície de apoio, que é a base do bloco.

Na figura à direita, o bloco está inclinado em um ângulo θ, de tal forma que a linha perpendicular que passa pelo centro de gravidade cai apenas na borda do bloco. Quando o valor deste ângulo é excedido, o bloco vira para a direita.

Pela figura pode-se ver que:

Em caso de capotamento, o bloco teria centro de gravidade inferior, uma vez que para é menos do que be, portanto, sua posição seria mais estável, além de ser apoiada em uma superfície maior.

Situações de equilíbrio estável

Situações comuns envolvendo equilíbrio estável, não apenas corpos com suporte, são descritas abaixo:

Quadros pendurados na parede

Os quadros pendurados nas paredes estão em equilíbrio estável, sem considerar as forças de atrito, mas apenas o peso.

Esportes

Quando um jogador de futebol corre atrás da bola ou tenta impedir que um jogador rival a pegue, ele deve conseguir manter o equilíbrio estável.

O equilíbrio estável também é muito necessário ao andar de bicicleta ou motocicleta.

Calçados

Sabe-se que o calçado de salto agulha não é tão estável quanto o calçado de salto largo, pois possui uma superfície de apoio maior que o anterior.

Flexões

Quando uma pessoa toca os dedos dos pés com as mãos, sem dobrar os joelhos, o centro de massa está fora do corpo. Porém, a pessoa permanece em equilíbrio estável, pois a linha perpendicular que conecta o centro de massa ao solo passa pela área delimitada pelos pés.

Por outro lado, se a pessoa tentar tocar os dedos dos pés, mas mantendo as costas e as pernas encostadas na parede, verá que não consegue sem perder o equilíbrio, pois a perpendicular que une o centro de massa ao chão não passa pela área delimitada pelos pés.

Andar de metrô

Para manter o equilíbrio quando estão em um ônibus ou trem, as pessoas imediatamente afastam os pés. Desta forma, a área de elevação é maior e é menos provável que caia.

Pneus largos

Carros esportivos e carros de corrida usam pneus largos para maior estabilidade.

Referências

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