IDEPUNP/CICLO REGULAR/ABRIL-JULIO 2016

ESTÁTICALa estática es una rama de la mecánica cuyo objetivo es estudiar las condiciones que deben cumplir las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, para que éste se encuentre en equilibrio.EQUILIBRIOUn cuerpo cualquiera se encuentra en equilibrio cuando carece de todo tipo de aceleración (a = 0).

FUERZAEs una magnitud vectorial que mide la interacción que existe entre dos o más cuerpos.

Tipos de fuerza en la naturaleza: Fuerza nuclear fuerte Acción: mantiene unido al núcleo atómico Fuerza electromagnética Acción: mantiene el átomo unido Fuerza gravitatoria Acción: mantiene en orden el universo Fuerza nuclear débil Acción: provoca desintegraciones radiactivas.

Toda fuerza modifica el estado de reposo o movimiento de un cuerpo. Además las fuerzas generan deformaciones (por mínimas que sean) en los cuerpos.

UNIDADES DE LA FUERZA EN EL S.I: NEWTON (N): 1 Newton = 1 kg.m/s2

FUERZAS USADAS EN MECANICA

FUERZA DE GRAVEDAD (

gF ).

Es la fuerza con que la tierra atrae a todos los cuerpos que se encuentra en sus inmediaciones. Se considera concentrada en un punto llamado “Centro de gravedad (G.G)” y está dirigida hacia el centro de la tierra. Cuando un cuerpo es homogéneo su “centro de gravedad” coincidesu “centro geométrico”

gm.FG

Normal (N)Se le llama también fuerza de contacto, y viene a ser la resultante de las infinitas fuerzas electromagnéticas que se generan entre las superficies de dos cuerpos que se acercan a distancias relativamente pequeñas. la normal es siempre perpendicular a la fuerza de contacto como te puedes dar cuenta en los siguientes ejemplos:

JULIO 2016 1

Estirando al resorte

x

SEMANA Nº 04TEMA: ESTÁTICA

COORDINADOR:

La estática es una rama de la mecánica cuyo objetivo es estudiar las condiciones que deben cumplir las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, para que éste se encuentre en

Un cuerpo cualquiera se encuentra en equilibrio cuando carece de todo tipo de aceleración (a = 0).

ud vectorial que mide la interacción que existe

Acción: mantiene unido al núcleo atómico

Acción: mantiene en orden el universo

Acción: provoca desintegraciones radiactivas.

Toda fuerza modifica el estado de reposo o movimiento de un cuerpo. Además las fuerzas generan deformaciones (por

UNIDADES DE LA FUERZA EN EL S.I:

la tierra atrae a todos los cuerpos que se encuentra en sus inmediaciones. Se considera concentrada en un punto llamado “Centro de gravedad (G.G)” y está dirigida hacia el centro de la tierra. Cuando un cuerpo es homogéneo su “centro de gravedad” coincide con

Se le llama también fuerza de contacto, y viene a ser la resultante de las infinitas fuerzas electromagnéticas que se generan entre las superficies de dos cuerpos que se acercan a distancias relativamente pequeñas. La línea de acción de la normal es siempre perpendicular a la fuerza de contacto como te puedes dar cuenta en los siguientes ejemplos:

Tensión (T)Es la fuerza que aparece en el interior de un cuerpo flexible (cuerda, cable) debido a fuerzas alargarlo. En un corte imaginario al cuerpo flexible la tensión se acerca hacia el punto de corte como observarás.

COMPRESIÓN (C)Fuerza que aparece en el interior de un sólido rígido cuando fuerzas externas tratan de compriimaginario al sólido ésta fuerza se aleja del corte.

FUERZA ELÁSTICA (FEs la fuerza interna que surge en los cuerpos elásticos y se manifiesta como una resistencia a que éstos sean deformados. Un caso particular de un cuerpo elástico es un “resorte” al cual se le puede comprimir o estirar, tal como se muestra. Para ello vamos a considerar un resorte ideal en el cual su masa es despreciable.

FUERZAS DE ROZAMIENTO (fCuando un cuerpo se desplaza o intenta desplazarse sobre una superficie áspera aparecen sobre él unas fuerzas denominadas Fuerzas de rozamiento

FUERZAS DE ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO

A) Fuerza de Rozamiento EstáticoAparece cuandono se presenta movimientocuando el movimiento es inminente. Se halla por simple equilibrio de fuerzas o usando la siguiente relación

B) Fuerza de Rozamiento CinéticoÉsta fuerza se presenta es decir de un cuerpo respecto al otro.

El valor del coeficiente de rozamiento depende del tipo de materiales de las superficies en contacto.

FÍSICA

Comprimiendo al resorte

x

Fe = Kx

Estirando al resorte

Fe = Kx

COORDINADOR: Rafael Durand Durand.

Es la fuerza que aparece en el interior de un cuerpo flexible (cuerda, cable) debido a fuerzas externas que tratan de alargarlo. En un corte imaginario al cuerpo flexible la tensión se acerca hacia el punto de corte como observarás.

COMPRESIÓN (C)Fuerza que aparece en el interior de un sólido rígido cuando fuerzas externas tratan de comprimirlo. En un corte imaginario al sólido ésta fuerza se aleja del corte.

FUERZA ELÁSTICA (Fe)Es la fuerza interna que surge en los cuerpos elásticos y se manifiesta como una resistencia a que éstos sean

Un caso particular de un cuerpo elástico es un “resorte” al cual se le puede comprimir o estirar, tal como se muestra.

s a considerar un resorte ideal en el cual su masa es despreciable.

FUERZAS DE ROZAMIENTO (fr)Cuando un cuerpo se desplaza o intenta desplazarse sobre una superficie áspera aparecen sobre él unas fuerzas

Fuerzas de rozamiento.

DE ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO

Fuerza de Rozamiento Estáticocuandono se presenta movimiento relativo o

cuando el movimiento es inminente. Se halla por simple equilibrio de fuerzas o usando la siguiente relación

Siendo:fs = fuerza de rozamiento estático máximoμs = coeficiente de rozamiento estáticoN = reacción normal

B) Fuerza de Rozamiento CinéticoÉsta fuerza se presenta cuandoexiste movimiento relativo es decir de un cuerpo respecto al otro.

Siendo:f k = fuerza de rozamiento cinéticoμk = coeficiente de rozamiento cinéticoN = reacción normal

El valor del coeficiente de rozamiento depende del tipo de materiales de las superficies en contacto.

c c

IDEPUNP/CICLO REGULAR/ABRIL-JULIO 2016

El coeficiente de rozamiento cinético (µmenor que el coeficiente de rozamiento estático (µ

PRIMERA LEY DE NEWTON (LEY DE LA INERCIA

“Un cuerpo permanecerá en estado de reposo o se moverá con MRU, mientras la acción de una fuerza no lo obligue a cambiar de estado”.

TERCERA LEY DE NEWTON(LEY DE LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN)

“Si un cuerpo le aplica una fuerza a otro (acción); entonces el otro le aplica una fuerza igual y en sentido contrario al primero (reacción)”.

PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO“Un cuerpo se encontrará en equilibrio cuando la fuerza resultante que actúa sobre él, sea igual a cero

Se sabe que si la resultante de un sistema de vectores es nula, el polígono que se forma será cerrado.

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L.)Hacer el D.C.L. de un cuerpo es representar gráficamente las fuerzas que actúan en él. Para esto se siguen los siguientes pasos:

1. Se aísla al cuerpo de todo el sistema.

2. Se representa al peso del cuerpo mediante un vector dirigido siempre hacía el centro de la Tierra (

3. Si existiesen superficies en contacto, se representa la reacción mediante un vector perpendicular a dichas superficies y empujando siempre al cuerpo (N ó R

4. Si hubiesen cuerdas o cables, se representa a la tensión mediante un vector que está siempre jalando al cuerpo, previo corte imaginario (T).

5. Si existiesen barras comprimidas, se representa a la compresión mediante un vector que está siempre empujando al cuerpo, previo corte imaginario (C).

JULIO 2016 [2]FÍSICA

El coeficiente de rozamiento cinético (µk) siempre es coeficiente de rozamiento estático (µs).

N (LEY DE LA INERCIA)El caballo se mueve bruscamente hacia la izquierda y la persona aparentemente se mueve hacia atrás. En realidad la persona no se va hacia atrás, sino más bien queda atrás. ¿Por qué?

de reposo o se moverá con MRU, mientras la acción de una fuerza no lo obligue a

TERCERA LEY DE NEWTON(LEY DE LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN)

“Si un cuerpo le aplica una fuerza a otro (acción); entonces en sentido contrario al

PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO“Un cuerpo se encontrará en equilibrio cuando la fuerza resultante que actúa sobre él, sea igual a cero

Se sabe que si la resultante de un sistema de vectores es polígono que se forma será cerrado.

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L.)Hacer el D.C.L. de un cuerpo es representar gráficamente las fuerzas que actúan en él. Para esto se siguen los

Se aísla al cuerpo de todo el sistema.

representa al peso del cuerpo mediante un vector dirigido siempre hacía el centro de la Tierra (P).

Si existiesen superficies en contacto, se representa la reacción mediante un vector perpendicular a dichas superficies y empujando siempre al cuerpo (N ó R).

Si hubiesen cuerdas o cables, se representa a la tensión mediante un vector que está siempre jalando al cuerpo,

Si existiesen barras comprimidas, se representa a la compresión mediante un vector que está siempre

al cuerpo, previo corte imaginario (C).

6. Si hubiese superficies ásperas se representa a la fuerza de rozamiento mediante un vector tangente a las superficies en contacto y oponiéndose al movimiento o posible movimiento.

Ilustraciones

Hasta ahora hemos considerado a las fuerzas que actúan sobre un cuerpo; como si todas fueran aplicadas en un mismo punto. Sisiguiente ejemplo:

MOMENTO DE UNA FUERZA

Torque es una magnitud vectorial,mideque adquiere un cuerpo cuando sobre él actúan fuerzas externas Cuando se aplica una fuerza a una puerta pesada para abrirla, la fuerza se ejerce perpendicularmente a la puerta y a la máxima distancia de las bisagras. Así se logra un momento máximo. Si se empujara la puerta con fuerza en un punto situado a medio camino entre el tirador y las bisagras, la magnitud del momento sería la mitad. Si la fuerza se aplicara de forma paralela a la puerta (es decir, de canto), el momento sería nulo. La experiencia también nos enseña que para mover el obstáculo habrá que aplicar una fuerza intensa y aumentar el brazo de palanca (distancia desde la fuerza hasta el apoyo)

CALCULO DEL MOMENTO DE UNA FUERZA CON RESPECTO A UN PUNTO “O” (Para medir este efecto rotatorio o momento de fuerza es necesario primero elegir un punto de referencia fijo o eje para las mediciones luego elaboramos el D.Cestudio a partir de aquí podemos elegir dos formas de calcular el momento

Si hubiese superficies ásperas se representa a la fuerza de rozamiento mediante un vector tangente a las superficies en contacto y oponiéndose al movimiento o posible movimiento.

Hasta ahora hemos considerado a las fuerzas que actúan sobre un cuerpo; como si todas fueran aplicadas en un mismo punto. Si embargo esto no siempre es así. Veamos el siguiente ejemplo:

MOMENTO DE UNA FUERZA O TORQUE

Torque es una magnitud vectorial,mide el efecto rotatorio que adquiere un cuerpo cuando sobre él actúan fuerzas

Cuando se aplica una fuerza a una puerta pesada para abrirla, la fuerza se ejerce perpendicularmente a la puerta y a la máxima distancia de las bisagras. Así se logra un momento máximo. Si se empujara la puerta con la misma fuerza en un punto situado a medio camino entre el tirador y las bisagras, la magnitud del momento sería la mitad. Si la fuerza se aplicara de forma paralela a la puerta (es decir, de canto), el momento sería nulo. La experiencia también nos

a que para mover el obstáculo habrá que aplicar una fuerza intensa y aumentar el brazo de palanca (distancia desde la fuerza hasta el apoyo)

CALCULO DEL MOMENTO DE UNA FUERZA CON RESPECTO A UN PUNTO “O” ( F

OM )Para medir este efecto rotatorio o momento de fuerza es necesario primero elegir un punto de referencia fijo o eje para las mediciones luego elaboramos el D.C-L del objeto en estudio a partir de aquí podemos elegir dos formas de

ular el momento

O

IDEPUNP/CICLO REGULAR/ABRIL-JULIO 2016 [3]FÍSICA

M

F

F

o dFθ

d Senθ

θ

FOM , Es igual a la magnitud de la fuerza multiplicada por la

distancia al eje de rotación, medida perpendicularmente a la dirección de la fuerza, es decir:

d)FF.d;MF

O (

Unidades del Momento en el S.I.Newton x metro = (N. m)

1. PROLONGANDO LA DIRECCION DE LA FUERZAUna vez elegido este punto adecuado, a partir de él se traza una perpendicular a cada una de las líneas de acción de las fuerzas que actúan sobre el objeto, cada una de estas líneas recibe el nombre de brazo del momento de fuerza

2. DESCOMPONIENDO LA FUERZA

CASOS ESPECIALES:

MOMENTO MAXIMO

a)

MOMENTO MINIMO

b)

CONVENCIÓN DE SIGNOSAsumiremos signo al torque (momento de una fuerza).

APLICACIONES DEL MOMENTO DE FUERZA O TORQUE

TEOREMA DE VARIGNON “El momento producido por la resultante de las fuerzas actuantes, con respecto a un punto, es igual a la suma

algebraica de los momentos de cada fuerza con respecto al mismo centro”.Es decir, si:

n21 F

O

F

O

F

O

R

on21MMMMFFFR

...............

PAR DE FUERZAS (CUPLA)Se denomina así a un sistema de dos fuerzas, que tienen el mismo módulo, rectas de acción paralelas y sentidos opuestos un ejemplo de aplicación es el sacacorchos:

MOMENTO DE UN PAR DE FUERZAS (M)

Se creerá que la suma de los momentos de las dos fuerzas respecto a un punto dado es cero; sin embargo, no lo es. Aunque las fuerzas F no producen la traslación del sólido sobre el cual actúan, tienden a hacerlo girar.Ilustración:

SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO Para que un cuerpo rígido permanezca en equilibrio de rotación el momento resultante en torno a un eje debe ser igual a cero.

0O

M