TEMA 9 LA ESTÁTICA: FUERZAS Y EQUILIBRIO
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.1. LAS FUERZAS Y LOS MOVIMIENTOS Un sólido rígido es un sólido que en determinadas condiciones se comporta como indeformable. Al aplicar una fuerza sobre un sólido rígido, dependiendo del punto de aplicación de la fuerza, se pueden producir dos tipos de movimiento:
Traslación: si la fuerza se realiza en la dirección de un eje de simetría del cuerpo éste se desplaza, es decir, sufre un movimiento de traslación.
Rotación: si la misma fuerza se aplica en un extremo del libro entonces le produce un giro, es decir, un movimiento de rotación.
.2. MOMENTO DE UNA FUERZA El momento de una fuerza es una magnitud física que mide el efecto de giro que produce una fuerza. Depende de tres cosas:
El valor de la fuerza que se realiza, F La distancia que hay desde el punto donde se aplica la fuerza y el eje de giro, r. El ángulo que forman la fuerza y r,
La unidad del momento en el SI es Nm. El momento de una fuerza tiene signo:
positivo si produce un giro en el sentido contrario a las agujas de un reloj negativo, si produce un giro en el sentido de las agujas de un reloj.
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.3. COMPOSICIÓN DE FUERZAS PARALELAS Componer fuerzas es sumarlas, para hallar la fuerza resultante. Esta fuerza resultante debe tener el mismo valor que hacer todas las fuerzas juntas, pero además debe producir los mismos efectos de rotación y de traslación. Por eso hay que calcular también el punto de aplicación de la fuerza resultante.
COMPOSICIÓN DE DOS FUERZAS QUE TIENEN LA MISMA DIRECCIÓN Y SENTIDO La suma de dos fuerzas paralelas F1 y F2 del mismo sentido es una fuerza:
De igual dirección y sentido que dichas fuerzas. El módulo es la suma de sus módulos: R = F1 + F2 El punto de aplicación está situado entre las dos fuerzas, más cerca de la mayor, y se obtiene de la relación:
COMPOSICIÓN DE DOS FUERZAS QUE TIENEN LA MISMA DIRECCIÓN Y SENTIDO CONTRARIO La suma de dos fuerzas paralelas F1 y F2 de sentido contrario es una fuerza:
De igual dirección que ambas fuerzas, y el sentido de la mayor. El módulo es la suma de sus módulos: R = F1 - F2 El punto de aplicación está situado fuera de la línea que une el punto de aplicación de las dos fuerzas, hacia el lado de la mayor, y se obtiene de la relación:
.4. PAR DE FUERZAS Se denomina par de fuerzas a dos fuerzas paralelas, iguales en módulo y de sentidos contrarios. La fuerza resultante de un par de fuerzas es 0N, sin embargo existe momento, M = F , y por lo tanto hay un efecto de giro. 3
.5. CONDICIONES DE EQUILIBRIO DE UN SÓLIDO Un sólido está en equilibrio cuando ni se desplaza ni gira.
Condiciones de equilibrio:
La resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo debe ser nula:
R=0 Por tanto, el cuerpo no se desplaza.
El momento resultante de las fuerzas que actúan sobre el sólido debe ser nulo:
M=0 Por tanto, el sólido no gira.
.6. LAS MÁQUINAS SIMPLES Las máquinas son aparatos que permiten simplificar y modificar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Si las máquinas sólo tienen un componente se llaman máquinas simples.
LA PALANCA La palanca es una barra con un punto de apoyo denominado fulcro.
F1 y F2 son respectivamente el peso que queremos levantar y la fuerza que hacemos en el otro extremo. d1 y d2 son las distancias desde el punto de aplicación de cada una de estas fuerzas al fulcro o punto de apoyo.
LA POLEA La polea consta de una rueda con un canal por el que pasa una cuerda. La rueda gira sobre un eje que pasa por su centro. En una polea simple, la fuerza que tengo que hacer es igual al peso que quiero levantar:
F=P pero su ventaja es que permite cambiar la dirección de la fuerza.
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.7. CENTRO DE GRAVEDAD El centro de gravedad de un sólido es el punto de aplicación de la fuerza peso.
En los sólidos simétricos coincide con su centro de simetría o centro geométrico.
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