Uma definição possível de equilíbrio mecânico estável é a seguinte:
“Se um corpo está em uma posição de equilíbrio mecânico e, ao sofrer pequenos deslocamentos em torno dessa posição, sua tendência for retornar à posição original de equilíbrio, dizemos que o equilíbrio é estável.”
As imagens a seguir mostram uma colher em diferentes situações de equilíbrio mecânico em cima de uma xícara.
Com base na definição apresentada e nos seus conhecimentos, quais imagens ilustram situações em que a colher está em equilíbrio estável em relação a pequenos deslocamentos nas direções indicadas pelas setas?
1 e 2
2 e 4
1 e 3
3 e 4
2 e 3
Resolução
A resposta está correta: as imagens 2 e 3 mostram equilíbrio estável nas direções indicadas.
Para analisar as situações, usamos o critério da energia potencial gravitacional: quando um pequeno deslocamento eleva o centro de massa da colher, aumenta sua energia potencial, e o peso tende a fazê-la retornar à posição inicial. O centro de massa é o ponto que representa a distribuição da massa do corpo.
Na imagem 1, a parte curva da colher está com a concavidade voltada para cima. Um pequeno deslocamento horizontal permite que a colher desça em relação à borda da xícara, abaixando seu centro de massa. Assim, o peso favorece o afastamento da posição inicial: o equilíbrio é instável nessa direção.
Na imagem 2, a concavidade está voltada para baixo. A borda da xícara fica sob a região curva da colher, de modo que um pequeno deslocamento horizontal exige que a colher suba, elevando seu centro de massa. O peso tende, então, a trazê-la de volta: o equilíbrio é estável.
Na imagem 3, as setas indicam uma pequena inclinação da colher. Nessa disposição, o centro de massa fica abaixo do ponto de apoio. Ao inclinar a colher, seu centro de massa sobe, e o peso produz um efeito de rotação que a faz retornar à posição original. Portanto, o equilíbrio também é estável.
Na imagem 4, o centro de massa fica acima do ponto de apoio. Uma pequena inclinação o faz descer, e o peso passa a favorecer a continuação do movimento, em vez do retorno. Por isso, o equilíbrio é instável.