Ce que veut dire « être en équilibre »
Un solide est en équilibre dans un référentiel donné lorsqu'il reste immobile : tous ses points conservent leur position au cours du temps. C'est un cas particulier du principe d'inertie, celui où la vitesse constante vaut zéro.
Les trois conditions
Lorsqu'un solide n'est soumis qu'à deux forces, l'équilibre exige que ces deux forces vérifient simultanément trois conditions :
elles doivent avoir la même droite d'action ; des sens opposés ; et la même intensité.
Les deux dernières conditions sont celles que l'on retient spontanément. La première est celle qu'on oublie, et c'est pourtant elle qui distingue l'équilibre véritable d'un simple couple de forces égales. Deux forces opposées et de même intensité, mais portées par deux droites parallèles distinctes, ne mettent pas le corps en équilibre : elles le font tourner. C'est exactement le principe d'un volant, où les deux mains exercent des forces opposées sur des droites différentes.
Conséquence géométrique très utile
Si un solide suspendu par un fil est en équilibre, la droite d'action commune aux deux forces passe nécessairement par le centre de gravité et par le point d'attache. Le fil est donc toujours dans le prolongement de la verticale du centre de gravité.
Cette propriété est la base d'une méthode expérimentale classique pour trouver le centre de gravité d'une plaque : on la suspend en deux points différents, on trace à chaque fois la verticale issue du point de suspension, et le centre de gravité se trouve à l'intersection des deux droites.
Le rôle du dynamomètre
Le dynamomètre mesure une force en exploitant précisément cet équilibre à deux forces. Un ressort s'allonge jusqu'à ce que sa tension compense exactement la force appliquée ; la graduation lit l'allongement, donc la force. Tant que le ressort n'est pas trop étiré, l'allongement est proportionnel à la force : c'est la loi de Hooke, , où est la constante de raideur du ressort en .