EXPERIENCIA N°6
I.
OBJETIVOS
1. Estudiar el
comportamiento
de las fuerzas concurrentes y fuerzas paralelas.
2. Establecer
las condiciones necesarias para que un sistema se
encuentra en equilibrio.
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Todos los cuerpos en el universo
interaccionan los unos con los otros, influyéndose
mutuamente en sus movimientos. Pero podríamos imaginarnos
una situación tal en que sobre un cuerpo no se ejerciera
una interacción o en que el efecto combinado de
varias se anulara; tendríamos entonces lo que se llama "
partícula libre" .
La experiencia nos enseña que si en un instante dado cesa
la acción
que se ejerce sobre una partícula, de modo que ésta
se convierta en libre, su movimiento a
partir de ese instante será rectilíneo uniforme con
la velocidad que
tenía en el momento en que dejaron de actuar los agentes
exteriores. Esta tendencia de un cuerpo a mantener su velocidad
cuando no se ejercen acciones sobre
él se llama INERCIA.
Por ejemplo, cuando un vehículo que se mueve a cierta
velocidad se detiene bruscamente, y cesa por tanto la
acción impulsora que ejerce sobre los pasajeros,
éstos se sienten lanzados hacia adelante a causa de su
propia inercia.
Consideremos ahora una bola situada sobre el piso plano,
horizontal y pulimentado de una habitación. La bola
permanecerá en reposo a menos que ejerzamos alguna
acción sobre ella. Supongamos que golpeamos la bola. Esta
es una acción que se ejerce sobre el cuerpo sólo
durante un tiempo muy
pequeño y a consecuencia de la cual la bola adquiere
cierta velocidad. Después del golpe la bola es nuevamente
un cuerpo libre. La experiencia nos enseña que conserva la
velocidad adquirida, continuando en movimiento rectilíneo
uniforme por más o menos tiempo (decimos más o
menos tiempo por que las más mínima fricción
entre a bola y el piso retrasará gradualmente su
movimiento). Si queremos cambiar la dirección del movimiento de la bola,
debemos ejercer una nueva acción sobre ella.
Definición de Equilibrio Estático
Cuando un cuerpo rígido está en reposo o en
movimiento rectilíneo a velocidad constante, relativo a un
sistema de referencia, se dice que dicho cuero
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" .
Condiciones de Equilibrio
Las condiciones para que un cuerpo rígido se encuentre en
equilibrio son:
Primera Condición de Equilibrio:
(Equilibrio de traslación)
" La suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre
el sólido es igual a cero" . Esto ocurre cuando el cuerpo
no se traslada o cuando e mueve a velocidad constante; es decir
cuando la aceleración lineal del centro de masa es cero al
ser observado desde un sistema de referencia inercial.
=
`D1 + `F2 +`F3 +
….. + `FN = 0
En esta ecuación de equilibrio no aparecen las fuerzas
internas ya que ellas se cancelan mutuamente en pares debido a la
tercera Ley de Newton. Si las fuerzas estuvieran en el espacio,
la ecuación anterior ha de ser expresada por las
siguientes relaciones:
=
F1x + F2x + F3x +….
+ Fx
= 0
=
F1y + F2y + F3y +….. +
FNy
= 0
=
F1z + F2z + F3z +….. +
FNz
= 0
Obviamente en dos dimensiones (o sea en el plano)
tendríamos solamente dos ecuaciones y
en una dimensión se tendría una única
ecuación.
Segunda Condición de Equilibrio
(Equilibrio de rotación)
" La suma vectorial de todos los torques o momentos de las
fuerzas que actúan sobre el cuerpo, relativos a cualquier
punto dado, sea cero" . Esto ocurre cuando la
aceleración angular alrededor de cualquier eje es igual a
cero.
`ti =
`ti +`t2i
+`t3i + …. +
`tni
= 0
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