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Estática: Equilibrio de Fuerzas (Laboratorio de Física)




Partes: 1, 2

  1. Objetivo
  2. Materiales y equipos
  3. Fundamento teórico
  4. Datos experimentales
  5. Resultados
  6. Cuestionario
  7. Observaciones
  8. Conclusiones
  9. Bibliografía

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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.

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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:

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Siendo O un punto arbitrario. De acuerdo a

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

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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:

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O en términos de sus componentes:

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