Estática: Fuerzas, Equilibrio y Momento de una Fuerza
Estática: Fuerzas y Equilibrio de los Cuerpos
Estática es la parte de la mecánica que se ocupa del equilibrio de los cuerpos.
Fuerza como magnitud vectorial
La fuerza es una magnitud vectorial ya que puede representarse gráficamente mediante un vector.
Elementos de la fuerza
- Punto de aplicación: es donde se supone aplicada la fuerza y corresponde al origen del vector.
- Dirección: está determinada por la dirección de la recta que contiene el vector. Puede ser horizontal, vertical u oblicua.
- Sentido: está indicado por el extremo de la flecha opuesto al punto de aplicación. Puede ser hacia la derecha, izquierda, arriba o abajo.
Cuerpo rígido
Es aquel que solo se deforma bajo la acción de fuerzas muy grandes. Un cuerpo rígido, al moverse, puede realizar tres movimientos:
- Traslación: se da cuando todos y cada uno de los puntos del cuerpo realizan movimientos idénticos, o cuando un segmento se mantiene paralelo a sí mismo durante todo el movimiento.
- Rotación: un cuerpo rígido realiza este movimiento cuando simultáneamente todos sus puntos describen circunferencias que tienen su centro sobre una misma recta perpendicular a los planos de la circunferencia, llamada eje de rotación.
- Rodamiento: se da cuando el cuerpo rígido realiza simultáneamente el movimiento de traslación y rotación.
Centro de masa y centro de gravedad
Centro de masa: es el punto de un cuerpo en el cual debe aplicarse una fuerza exterior para que solo le produzca un movimiento de traslación.
Centro de gravedad de un cuerpo: es donde se encuentra aplicada la resultante de la suma de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partes de un cuerpo. Por lo tanto, es el punto donde se considera aplicado el peso de un cuerpo.
Composición y descomposición de fuerzas
Composición de fuerzas: es el proceso mediante el cual dos o más fuerzas, llamadas componentes, son sustituidas por una única fuerza, llamada resultante, capaz de producir el mismo efecto que las fuerzas sustituidas.
Descomposición de fuerzas: es el proceso en el cual una fuerza, llamada resultante, puede ser sustituida por varias fuerzas, llamadas componentes, capaces de producir el mismo efecto que la fuerza sustituida.
Fuerzas concurrentes: dos o más fuerzas son concurrentes cuando sus líneas de acción son concurrentes.
Equilibrio
Un cuerpo está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. El equilibrio solo puede suceder en dos casos:
- Cuando no actúa ninguna fuerza sobre el cuerpo.
- Cuando actúan varias fuerzas que se contrarrestan, anulando sus efectos.
Tipos de equilibrio
- Cuerpos suspendidos: son aquellos que pueden girar alrededor de un eje.
- Cuerpos apoyados: son aquellos que descansan sobre una base fija.
Tipos de equilibrio en cuerpos suspendidos
- Estable: un cuerpo suspendido está en equilibrio estable cuando, al sacarlo de su posición de equilibrio, regresa a ella por sí mismo y el centro de suspensión está por encima del centro de gravedad.
- Inestable: un cuerpo está en equilibrio inestable cuando, al sacarlo de su posición de equilibrio, lo pierde definitivamente y el centro de suspensión está por debajo del centro de gravedad.
Equilibrio en cuerpos apoyados
Un cuerpo apoyado está en equilibrio estable cuando la vertical que pasa por su centro de gravedad cae dentro de la base de sustentación del cuerpo.
Momento o torque de una fuerza
Es la magnitud medida por el producto de la fuerza, perpendicular a la línea que une el eje de rotación con el punto de aplicación de la fuerza.
Condiciones de equilibrio
Primera condición de equilibrio o de traslación: un cuerpo está en equilibrio de traslación cuando la suma algebraica de las fuerzas aplicadas sobre él es igual a cero.
Segunda condición de equilibrio o equilibrio de rotación: un cuerpo está en equilibrio de rotación cuando la suma algebraica de los momentos de las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero.