Objetivo

Comprobar la primera y segunda condición de equilibrio.

Aprender a trazar el diagrama de cuerpo libre.

Materiales y equipos

Juego de Dinamómetros.

Regla graduada milimetrada.

Limbo graduado o transportador.

Juego de masas.

Poleas.

Hilos o cuerdas.

Barras o vigas de madera.

Soporte Leybold.

Fundamento teórico

Ley de inercia de Newton: todo cuerpo permanece en el estado de reposo o en el estado de movimiento con velocidad constante, siempre que no exista agente externo (fuerza) capaz de modificar dichos estados.

Fuerza: es todo aquello capaz de modificar el estado original de los cuerpos. estas fuerzas pueden ser de acción directa (fuerza externa aplicada directamente sobre un cuerpo) o de acción a distancia (como por ejemplo las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas, fuertes y débiles).

Equilibrio: se dice que un cuerpo esta en equilibrio si este permanece en reposo o en movimiento con velocidad constante. Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando no sufre cambio ni en su estado de reposo ni en su movimiento de traslación ni en el de rotacion. en consecuencia se dice que un cuerpo esta en equilibrio:

1.- cuando esta en reposo o se mueve con movimiento uniforme; y

2.- cuando no gira o lo hace con velocidad constante.

Condiciones de equilibrio:

Equilibrio de una partícula: La condición necesaria y suficiente para que una partícula permanezca en equilibrio (en reposo) es que la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella sea cero.

Naturalmente con esta condición la partícula podría también moverse

Con velocidad constante, pero si está inicialmente en reposo la anterior es una condición necesaria y suficiente.

Equilibrio de un cuerpo rígido: En el desarrollo de la estática consideraremos situaciones de equilibrio de cuerpos rígidos, es decir que no se deforman. En rigor no existen cuerpo sin deformables, de manera que la aplicación de las leyes de la estática es una aproximación que es buena si las deformaciones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. El tema de la estática de cuerpos deformable es el tema de otros cursos.

Si el cuerpo rígido permanece en equilibrio con el sistema de fuerzas exteriores aplicado, entonces para que todas las partículas estén en equilibrio es suficiente que tres de sus partículas no colineales estén en equilibrio. Las demás no pueden moverse por tratarse de un cuerpo rígido. Las condiciones bajo las cuales un cuerpo rígido permanece en equilibrio son que la fuerza externa resultante y el torque externo resultante respecto a un origen arbitrario son nulos, es decir:

Siendo O un punto arbitrario. De acuerdo a

Se constata que entonces el torque resultante es cero respecto a cualquier punto.

La primera condición de equilibrio (solo referida a traslaciones) un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación (velocidad cero o constante) cuando la suma total establece que la fuerza neta o resultante de un conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo debe ser nula, esto es:

O en términos de sus componentes:

Torque o momento de una fuerza: el torque o momento de una fuerza mide el grado de rotación respecto de un punto o eje de los cuerpos cuando sobre ella se aplican fuerzas externas.

Matemáticamente esta dada por:

Cuya magnitud es:

O expresada también mediante:

Donde se denomina brazo de la fuerza.

La segunda condición de equilibrio (solo referida a rotaciones) establece que la suma de los torque de las fuerza externas que actúan sobre un cuerpo respecto a un eje O, debe ser nulo, esto es:

Primera ley de Newton: se le puede llamar también ley o principio de inercia."Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o, si actúan varias fuerzas, estas se equilibran entre si, entonces dicho cuerpo, o esta en reposo, o bien, en movimientos rectilíneo uniforme". Lo que en términosmatemáticos se expresa así:

Reposo)

Tercera ley de Newton: reconocido también por el nombre de la ley o principio de la acción y reacción, se publico en el mismo año de la ley anterior."Siempre que un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza, que llamaremos acción, el segundo actúa sobre el primero con otra fuerza de igual intensidad, pero de dirección contraria, que llamaremos reacción."

Observación: las fuerzas de acción y reacción aparecen y desaparecen simultáneamente y por actuar sobre cuerpos diferentes, no se equilibran entre si.

Cuestionario

Analice las siguientes figuras y diga si las fuerzas medidas en los cuerpos tiene equilibrio de traslación y/o rotación, el centro de giro es "O" punto medio de la viga.

FIG. (B)

FIG. (D)

Las figuras que son de traslación son la Fig. B y la figura C ya que poseen mismas fuerzas y no tienen un sentido de giro.

Y las figuras A y D tienen fuerzas opuestas y si pueden producirse un rotación dando momentos en cualquier punto.

¿Que entiende por fuerza?

Su nombre proviene de griego DINA, originalmente podemos decir que se trata de una magnitud física tipo vectorial, porque además de una intensidad (valor)

posee una dirección y un punto de aplicación. Además es una forma de energía capaz de:

1.- iniciar un movimiento si se aplica sobre un cuerpo en reposo;

2.- modificar un movimiento si se aplica sobre un cuerpo en movimiento, pudiendo variar en su velocidad, aumentándola o disminuyéndola, y variar su dirección; y

3.- cesar un movimiento si se aplica sobre un cuerpo en movimiento y en sentido contrario a este. Puede detener al cuerpo en movimiento.

De algunos ejemplos de fuerza y una breve descripción de cómo comprobarlos.

Factores que cambian la estructura o el estado de movimiento de objetos:

Fuerza por contacto: Es aquella fuerza de rozamiento que se genera cuando un cuerpo móvil choca con un cuerpo estático o en reposo surgiendo un movimiento en este segundo cuerpo.

Fuerza a distancia: Es aquella fuerza que surge por medio de la repulsión o atracción que genera un cuerpo en movimiento hacia otro que se localiza en reposo, la cual genera movimiento en este segundo cuerpo. Por ejemplo las cargas eléctricas del mismo signo se repelen haciendo que el cuerpo en reposo tenga movimiento.

Fuerzas activas: Son aquellas fuerzas de acción que se encuentran dentro de un cuerpo en movimiento o en reposo, las cuales actúan para llevar a cabo un desplazamiento.Fuerzas reactivas: Son aquellas fuerzas de reacción que actúan dentro de un cuerpo al recibir una fuerza externa contraria a su movimiento o estado de reposo.

Peso de un cuerpo: Es igual a la fuerza gravitacional que ejerce dicho cuerpo sobre la superficie de la tierra, en otras palabras, es el producto de la masa del cuerpo por la aceleración gravitacional.

Cuales son las diferencias entre masa y peso.

Características de masa:

1. Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

2. Es una magnitud escalar.

3. Se mide con la balanza.

4. Su valor es constante, es decir, independiente de la altitud y latitud.

5. Sus unidades de medida son el gramo (g) y el kilogramo (Kg.).

6. sufre aceleraciones.

Características de peso:

1. Es la fuerza que ocasiona la caída de los cuerpos.

2. Es una magnitud vectorial.

3. Se mide con el dinamómetro.

4. Varía según su posición, es decir, depende de la altitud y latitud.

5. Sus unidades de medida en el S.I. son la DINA y el Newton.

6. produce aceleraciones

Que efectos produce una fuerza.

Podemos encontrar cuatro Fuerzas Fundamentales o interacciones que puede sufrir la materia y que no pueden descomponerse en interacciones más básicas. En la física moderna se consideran cuatro campos de fuerzas como origen de todas las interacciones fundamentales:* Interacciónelectromagnética: actúa sobre todas las partículas con carga eléctrica.* Interacción nuclear débil: Transmitida por los bosones vectoriales.* Interacción nuclear fuerte: Transmitida por los gluones.* Interacción gravitatoria o Gravitación: Transmitida por el gravitón (partícula aún no descubierta).Al realizarse la fuerza se produce o realiza el movimiento de cualquier objeto en el que la fuerza esta aplicada

¿Qué es un diagrama de cuerpo libre?

Un diagrama de cuerpo libre es el grafico de un grupo de cuerpos (sistema físico) de un cuerpo o de una parte de aquel, que se representa aislado de su medio original y en donde se muestran todas las fuerzas externas que actúan sobre él, tales como su peso, las fuerzas aplicadas visibles, las reacciones, la fricción y la tensión y comprensión si se hacen cortes imaginarios.

El D.C.L

El D.C.L

El D.C.L

¿Qué es una cupla o par de fuerzas?

Al abrir un caño, se utiliza una llave de ruedas, estamos aplicando una cupla. Llamaremos cupla, a aquel par de fuerzas de igual intensidad y direcciones opuestas, que al aplicarse sobre un mismo cuerpo le produce o pretende producir un giro.

Toda cupla tiene un momento (C) que viene dado por la siguiente relación:

Que es un cuerpo rígido.

Cuando un cuerpo rígido está en reposo o en movimiento rectilíneo a velocidad constante, relativo a un sistema de referencia, se dice que dichocuero está e equilibrio estático. Para tal cuerpo tanto la aceleración lineal de su centro de masa como su aceleración angular relativa a cualquier punto son nulas. Obviamente este estado de equilibrio estático tiene su fundamento en la primera Ley de Newton, cuyo enunciado es: " Todo cuerpo en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, permanece en dicho estado, a menos que sobre ella actúe una fuerza"

Cuando un cuerpo se encuentra en equilibrio.

Se dice que un cuerpo esta en equilibrio si este permanece en reposo o en movimiento con velocidad constante.

Explique el teorema de Lami. De un ejemplo de su paliación.

Llamado también el teorema de las tres fuerzas, fue enunciado por el religioso Bernard Lami (1645-1716) el año 1687 y establece que:"si un cuerpo esta en equilibrio debido a la acción de tres fuerzas, estas deberían ser…"

1.- coplanares y concurrentes.

2.- una de ellas será igual pero opuesto a la resultante de las otras dos.

3.- el módulo de cada fuerza será directamente proporcional en con el seno del ángulo que se opone a su correspondiente dirección.

De la figura deducimos, por la ley de los senos:

Observaciones

Se comprobó la primera y segunda ley de equilibrio que teóricamente se pudo aprender y que en la práctica si no se toman datos exactos ni precisos no se pueden obtener resultados exactos .

La sumatoria de momentos en ambos brazos debería de ser cero pero influye mucho en la toma de datos y la gravedad en el lugar donde se encuentra al momento de tomar los datos experimentales

Conclusiones

Después de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales de equilibrio, podemos llegar a la conclusión de que en todo cuerpo y en todo momento y a cada momento están interactuando diferentes tipos de fuerza, las cuales ayudan a los cuerpos a realizar determinados movimientos o, a mantenerse en estado de equilibrio, ya sea estático o dinámico.

Bibliografía

Al varenga, Beatriz Física I

Goldemberg Física fundamental T-I

Negro Física experimental

Física – Maiztegui & Sabato – Edición 1

Revista Investigación y Ciencia – Jean Michael & É. Kierlik – Julio 2002

Física, Curso Elemental: Mecánica – Alonso Marcelo

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Cuestiones de Física – Aguilar Jsement

Física Tomo I – Serway Raymond

Dinámica II: Mecánica Para Ingeniería y sus Aplicaciones – David J. MacGill & Wilton King

Michel Valero Física Fundamental Vol.-1

Alonso –Finn Física Vol.-1

Sears –Zemansky –Young Física Universitaria

http://fisica.usach.cl/~lhrodrig/fisica1/estatica.pdf