Física

IDEPUNP/CICLO REGULAR/ABRIL-JULIO
JULIO 2016
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FÍSICA
SEMANA Nº 04
TEMA: ESTÁTICA
COORDINADOR: Rafael Durand Durand.
ESTÁTICA
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
equilibrio.
EQUILIBRIO
Un cuerpo cualquiera se encuentra en equilibrio cuando
carece de todo tipo de aceleración (a = 0).
Tensión (T)
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.
FUERZA
Es una magnitud
ud 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:
2
NEWTON (N): 1 Newton = 1 kg.m/s
FUERZAS USADAS EN MECANICA

COMPRESIÓN (C)
Fuerza que aparece en el interior de un sólido rígido cuando
fuerzas externas tratan de comprimirlo.
compri
En un corte
imaginario al sólido ésta fuerza se aleja del corte.
c
c
FUERZA ELÁSTICA (Fe)
Es 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 vamoss a considerar un resorte ideal en el cual su
masa es despreciable.
FUERZA DE GRAVEDAD ( Fg ).
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” coincide con
su “centro geométrico”
x
Fe = Kx
x
Estirando al resorte


FG  m.g
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 línea de acción de
la normal es siempre perpendicular a la fuerza de contacto
como te puedes dar cuenta en los siguientes ejemplos:
Fe = Kx
Comprimiendo al resorte
FUERZAS DE ROZAMIENTO (fr)
Cuando un cuerpo se desplaza o intenta desplazarse sobre
una superficie áspera aparecen sobre él unas fuerzas
denominadas Fuerzas de rozamiento.
rozamiento
FUERZAS DE ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO
A) Fuerza de Rozamiento Estático
Aparece cuandono 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 máximo
μs = coeficiente de rozamiento estático
N = reacción normal
B) Fuerza de Rozamiento Cinético
Ésta fuerza se presenta cuandoexiste movimiento relativo
es decir de un cuerpo respecto al otro.
Siendo:
f k = fuerza de rozamiento cinético
μk = coeficiente de rozamiento cinético
N = reacción normal
 El valor del coeficiente de rozamiento depende del tipo de
materiales de las superficies en contacto.
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 El coeficiente de rozamiento cinético (µk) siempre es
menor que el coeficiente de rozamiento estático (µs).
PRIMERA LEY DE NEWTON
N (LEY DE LA INERCIA
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?
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
“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)”.
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:
O
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 ((P).
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
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).
MOMENTO DE UNA FUERZA O TORQUE
Torque es una magnitud vectorial,mide el efecto rotatorio
que 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 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
enseña
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” ( M OF )
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
D.C del objeto en
estudio a partir de aquí podemos elegir dos formas de
calcular
ular el momento
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M OF , 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:
algebraica de los momentos de cada fuerza con respecto al
mismo centro”.
Es
 decir,
 si:


 R  F
 F
 F
R  F  F  ........  F  M
1
M  F.d;
(F  d)
F
O
Unidades del Momento en el S.I.
Newton x metro = (N. m)
2
n
M
o
1
O
M
2
O
 .......  M
n
O
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:
1. PROLONGANDO LA DIRECCION DE LA FUERZA
Una 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
o
F
θ
d
d
Se
nθ
θ
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:
M

F
2. DESCOMPONIENDO LA FUERZA

F
CASOS ESPECIALES:
MOMENTO MAXIMO
a)
MOMENTO MINIMO
b)
CONVENCIÓN DE SIGNOS
Asumiremos 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
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.
M
O
0