Fuerzas Equilibradas
Las fuerzas equilibradas son iguales en magnitud y opuestas en dirección, así que se cancelan y no producen ningún cambio en el movimiento de un objeto.
Definition
Las fuerzas equilibradas son fuerzas que se cancelan entre sí: tienen la misma magnitud pero empujan o jalan en direcciones opuestas, así que el objeto no cambia su forma de moverse. Las fuerzas están equilibradas cuando la fuerza neta es cero, y un objeto bajo fuerzas equilibradas permanece en reposo si estaba en reposo o sigue moviéndose a velocidad constante si se estaba moviendo; las fuerzas equilibradas no pueden causar aceleración. Formalmente satisfacen $\sum \vec{F} = 0$, la condición de equilibrio traslacional, que en componentes significa $\sum F_x = 0$ y $\sum F_y = 0$ al mismo tiempo. El equilibrio puede ser estático (en reposo) o dinámico (velocidad constante), y la primera ley de Newton no hace distinción entre ellos. Para un objeto extenso, el equilibrio completo también requiere $\sum \vec{\tau} = 0$.
Example
En un juego de tira y afloja donde ambos equipos jalan con la misma fuerza, la cuerda no se mueve porque las fuerzas están equilibradas. Un paracaidista que cae a un ritmo constante de $5\ \text{m/s}$ tiene la gravedad tirando hacia abajo con $700\ \text{N}$ y la resistencia del aire empujando hacia arriba con $700\ \text{N}$, así que la velocidad permanece constante. Para un caso bidimensional, un letrero de $20\ \text{kg}$ cuelga de dos cables, cada uno a $30^\circ$ sobre la horizontal. El equilibrio vertical requiere $2T\sin 30^\circ = 196\ \text{N}$, así que $T = 196\ \text{N}$ en cada cable, y las componentes horizontales, $T\cos 30^\circ$ en cada dirección, se cancelan.
Key Insight
Fuerzas equilibradas no significa ausencia de fuerzas. Un libro sobre una mesa tiene la gravedad tirando hacia abajo y la mesa empujando hacia arriba; ambas son reales, solo que se cancelan. Un auto que viaja a un ritmo constante de $100\ \text{km/h}$ en una autopista también tiene fuerzas equilibradas, con el empuje hacia adelante del motor igualando exactamente la resistencia del aire y la fricción, así que la velocidad constante siempre significa fuerzas equilibradas. Una distinción importa: las fuerzas equilibradas sobre un objeto son distintas de los pares de acción y reacción. Las dos fuerzas equilibradas actúan sobre el mismo objeto, mientras que un par de acción y reacción actúa sobre dos objetos distintos y nunca se cancela.