Conceptos Fundamentales de Mecánica: Movimiento, Fuerza y Energía

Definiciones Básicas

• Movimiento: Proceso mediante el cual un cuerpo ocupa diversas posiciones del espacio en el transcurso del tiempo.
• Espacio: Se define como la imposibilidad de un cuerpo de encontrarse simultáneamente en dos lugares distintos. Puede ser afín, euclídeo o de tres dimensiones.
• Tiempo: Sucesión perceptiva de los acontecimientos. Tomado este como una variable continua en función de la cual se produce el cambio de posición de los cuerpos.
• Materiales: Se clasifican en continuos (rígidos, elásticos, plásticos, fluidos) y discretos.
• Fuerza: Entendida como causa o acción que produce equilibrio o movimiento en los cuerpos. Sus efectos dependen de la dirección (sentido) y de su punto de aplicación. Las fuerzas se pueden dividir en interiores y exteriores.
• Trabajo de un par de fuerzas: Es el producto del momento del par por el desplazamiento angular. Trabajo nulo = sistema en equilibrio.
• Potencia: Cantidad de trabajo desarrollado en la unidad de tiempo.
• Energía: Todo aquello que puede convertirse en trabajo.
• Momento de una fuerza: Es una medida de su tendencia a hacer girar un cuerpo alrededor de un punto llamado polo o centro de momento, o alrededor de un eje. El resultado es un vector perpendicular al plano determinado por la fuerza y el punto, de magnitud la del producto vectorial y sentido la regla del tornillo.

Sistemas de Fuerzas

• Sistemas de fuerzas: Conjunto de fuerzas que actúa simultáneamente sobre un cuerpo.
• Clasificación:
  • Según la dirección de sus líneas de acción, pueden ser concurrentes, paralelas o coplanarias.
  • En el espacio pueden ser: no concurrentes, no paralelas y no coplanarias; concurrentes, no paralelas y no coplanarias; no concurrentes, paralelas y no coplanarias.
  • En el plano pueden ser: no concurrentes, no paralelas y coplanarias; concurrentes, no paralelas y coplanarias; no concurrentes, paralelas y coplanarias.

Par de Fuerzas

• Un par de fuerzas es un conjunto formado por dos fuerzas de igual magnitud, líneas de acción paralelas y sentido opuesto.
• Características del par: El valor del momento, el plano en el que actúa y el sentido de rotación del par. Otras características: la resultante es nula, el centro del sistema se aleja al infinito y su momento es constante para cualquier punto.

Teoremas Relacionados con el Par de Fuerzas

• Teorema de la traslación: Un par puede ser trasladado arbitrariamente en su plano o en otro paralelo sin que su efecto varíe.
• Teorema de la rotación: Un par puede girar en su plano alrededor del punto medio de su brazo sin que cambie su carácter.
• Teorema de la equivalencia: Un par puede sustituirse por otro de diferente brazo situado en su plano o planos paralelos, de forma que los momentos de ambos pares sean iguales y del mismo signo. Dos sistemas de fuerzas son equivalentes si cualquier sistema que actúa sobre un cuerpo rígido puede ser sustituido por otro sin que cambie el estado del cuerpo.