Estática de la partícula. Conceptos básicos. Antes de iniciar en los

Estática de la partícula.
Conceptos básicos.
Antes de iniciar en los temas de estática es necesario aclarar algunos
conceptos básicos de este campo de la Física.
Mecánica es la rama de las ciencias físicas que estudia el estado de reposo o
movimiento de los cuerpos que se encuentran sujetos a la acción de fuerzas, la
cual se subdivide en tres áreas: mecánica del cuerpo rígido, mecánica de los
cuerpos deformables y mecánica de fluidos. Este curso es solo una introducción al
estudio de la mecánica del cuerpo rígido ya que esta constituye una base para el
análisis y diseño de muchos tipos de dispositivos estructurales, eléctricos y
mecánicos encontrados en ingeniería.
El estudio del cuerpo rígido tiene dos áreas: estática y dinámica. La estática
estudia el equilibrio de los cuerpos el cual puede darse en el reposo o a velocidad
constante, mientras que la dinámica estudia los cuerpos acelerados. La estática
puede ser considerada un caso especial de la dinámica, donde el valor de la
aceleración es igual a cero.
Sistema de unidades.
Los sistemas de unidades que utilizaremos durante el curso son el sistema
internacional de unidades y el sistema inglés de unidades. En seguida señalamos
las unidades básicas que utilizamos a lo largo del curso, siendo tres de ellas
llamadas unidades y la cuarta llamada derivada. La unidad derivada la podemos
obtener tomando en cuenta la segunda ley de Newton, F = ma.
Nombre
Sistema
Internacional
de Unidades
(SI)
Sistema
Inglés**
Longitud
metro
(m)
Tiempo
segundo
(s)
Masa
kilogramo
( kg )
Fuerza
newton*
(N)
Pie
( ft )
segundo
(s)
slug*
libra
( lb )
*Unidad derivada
** Sistema Inglés ó U.S. Customary System (a veces llamado sistema
gravitatorio británico)
Leyes del movimiento de Newton.
La mecánica del cuerpo rígido está basada en las tres leyes del movimiento de
Newton las cuales en forma breve expresan:
Primera ley. Una partícula que se encuentra originalmente en reposo, o
moviéndose en línea recta con una velocidad constante, permanecerá en este
estado siempre y cuando una fuerza resultante no actúe sobre ésta.
Segunda ley. Una partícula sobre la cual actúa una fuerza resultante F
experimentará una aceleración a que es directamente proporcional a la magnitud
de la fuerza e inversamente proporcional a la masa del objeto y tiene la misma
dirección que la fuerza resultante. Si F se aplica a una partícula de masa m, esta
ley puede expresarse matemáticamente como
F = ma
Tercera ley. Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el
segundo objeto ejerce sobre el primero una fuerza igual y en sentido opuesto.
Idealizaciones. Los modelos o idealizaciones utilizan con la finalidad de
simplificar la aplicación de la teoría. Los principales modelos que se utilizarán en
este curso son:
Partícula. Una partícula posee masa pero de tamaño poco significativo.
Cuerpo Rígido. Un cuerpo rígido se puede representar por un conjunto de
puntos.
Fuerza concentrada. Una fuerza concentrada representa el efecto de una
carga la cual se supone que actúa en algún punto de un cuerpo.
Fuerzas concurrentes. Fuerzas que actúan en un punto común.
Fuerzas coplanares. Fuerzas que se encuentran en el mismo plano.
Fuerzas colineales. Fuerzas que tienen la misma línea de acción.
Conversión de unidades.
Todas las magnitudes físicas contienen un número y una unidad. Cuando
estas magnitudes se suman, se multiplican o se dividen en una ecuación
algebraica, la unidad puede tratarse como cualquier otra magnitud algebraica. Por
ejemplo: se desea determinar la distancia recorrida en 2 horas por un automóvil
que se desplaza a velocidad constante de 70 km/h. La distancia s la podemos
obtener multiplicando la velocidad v por el tiempo t :
Se elimina la unidad de tiempo (hora), igual que haríamos con cualquier otra
magnitud algebraica para obtener la distancia en la unidad de longitud
correspondiente (kilómetro). Ahora deseamos convertir nuestra respuesta en
millas. Considerando que 1 mi = 1.61 km, y si se dividen los dos miembros de esta
igualdad por 1.61 km, tenemos
Ya que toda magnitud puede multiplicarse por 1 sin modificar su valor,
podemos cambiar 140 km en millas multiplicando por el factor (1 mi) / (1.61 km):
El factor (1 mi) / (1.61 km) se denomina “factor de conversión”. Todos los
factores de conversión tienen el valor de 1 y se utilizan para pasar una magnitud
expresada en una unidad de medida a su equivalente en otra unidad de medida.
Ejemplo, convertir 100 km/h a m/s: