ESTÁTICA

ESTÁTICA
Si vemos un cuerpo en reposo u otro desplazándose con
movimiento rectilíneo uniforme, estamos frente a
fenómenos aparentemente distintos, pero que en el fondo
obedecen a las mismas leyes, pues ocurre que en Física
ambas situaciones corresponden a un mismo estado,
llamado equilibrio mecánico. El estudio de las leyes y
condiciones que deben cumplir los cuerpos para
encontrarse en dicho estado lo realiza aquella rama de la
Mecánica llamada Estática, ciencia que data de la época de
los egipcios y babilonios y que hoy ha dado lugar a la
creación de varias ramas de la Ingeniería: Civil, Mecánica,
Minera, ...., etc.
Fuerza
Toda vez que dos cuerpos interactúan entre sí surge entre
ellos una magnitud, que además de valor tiene dirección,
sentido y punto de aplicación, llamada fuerza. Es esta
magnitud que hace que los cuerpos estén en equilibrio, que
cambien la dirección de su movimiento, o que se deformen.
En general asociamos la fuerza con los efectos de:
sostener, estirar, comprimir, jalar, empujar, tensar,
atraer, repeler, ..., etc.
Fuerzas especiales
A. Peso (W)
Llamamos así a la fuerza con que la Tierra atrae a todo
cuerpo que se encuentre en su cercanía. Es
directamente proporcional con la masa de los cuerpos
y con la gravedad local. Se le representa por un vector
vertical y dirigido hacia el centro de la Tierra.
B.
C.
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 cuando éstos se acercan a
distancias relativamente pequeñas, predominando las
fuerzas repulsivas. La línea de acción de la normal es
siempre perpendicular a las superficies en contacto.
Tensión (T)
Esta es la fuerza electromagnética resultante que se
genera en el interior de una cuerda o un alambre, y que
surge para oponerse a los efectos de estiramiento por
parte de fuerzas externas que actúan en los extremos
de aquellos. En estas fuerzas predominan los efectos
atractivos.
Diagrama de cuerpo libre (D.C.L.)
Todo lo visto hasta aquí te permitirá plantear un problema
de Estática. Sin embargo, dada la naturaleza vectorial de
las fuerzas, es necesario que el cuerpo o sistema analizado
quede graficado con el total de fuerzas que lo afectan.
Hacer ésto significa elaborar un diagrama de cuerpo libre.
Un diagrama de cuerpo libre es el gráfico de un cuerpo o
conjunto de cuerpos que se representa aislado de su medio
original, y en donde se señalan las fuerzas externas a aquel,
tales como las fuerzas aplicadas visibles: el peso, las
reacciones en los apoyos, la fuerza de rozamiento en los
contactos, y además la tensión y/o compresión si se
efectúan cortes imaginarios.
Ejemplos:
T
W
T
W
N
N
N
W
PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO
Diremos que un cuerpo se encuentra en equilibrio de
traslación cuando presenta una aceleración lineal (a = 0), y
ésto ocurre cuando la resultante de las fuerzas que lo
afectan es cero.
R=
F= 0
Fx = 0
Fy = 0
Observación: En la práctica un cuerpo en equilibrio de
traslación puede encontrarse en reposo contínuo (v = 0), o
moviéndose con velocidad constante. Al primer estado se le
llama Equilibrio Estático y al segundo Equilibrio Cinético.
•
No olvidar que: llamamos equilibrio mecánico al estado
de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme que
presenta un cuerpo en un determinado marco de
referencia.
•
Debes saber que: un cuerpo rígido permanece en
equilibrio bajo la acción de dos fuerzas si y sólo si estas
fuerzas tienen igual módulo, y están dirigidas según la
misma recta en sentidos contrarios.
Observación!!!
Si un cuerpo está en equilibrio y le hacemos el D.C.L. y
resulta que sólo le afectan tres fuerzas entonces dichas
fuerzas dibujadas en secuencia formarán un triángulo.
N
Ejemplo:
FORMULAS
DCL
T
N
W
N
Primera condición de equilibrio
Fuerzas paralelas
R = F = O
*
T
W
FyO
Fuerzas concurrentes
Teorema de Lamy
F2
F1



F1
F2
F3
=
=
sen
sen
sen
F3
Polígono vectorial cerrado
F2
R = F1 + F2 + F3 = 0
F3
F1
PROBLEMAS PARA LA CLASE
1.
Hallar la tensión en la cuerda, si el peso de la esfera es
10 N.
45º
45º
1
2
45º
W
a) 20 N
d) 5
2.
b) 10
e) N.A.
a) 1 N
d) 4
c)
Hallar "F" que sostiene al bloque, si el peso del mismo
es 40 N.
7.
b) 2
e) 5
c) 3
Hallar la tensión en "1", si: W = 100 N
37º
53º
1
37º
F
a) 10 N
d) 40
3.
b) 20
e) 50
c) 30
W
a) 20 N
d) 80
Hallar la tensión en la cuerda, si el peso del bloque es
15 N.
8.
37º
b) 40
e) 100
c) 60
Hallar la normal de la pared vertical, si el peso de la
esfera es 8 N.
F
a) 10 N
d) 25
4.
b) 15
e) 30
c) 20
45º
Hallar la normal de la pared, si el peso de la esfera es
90 N.
9.
53º
a) 120 N
d) 180
5.
b) 150
e) 200
a) 2 N
d) 8
37º
c) 6
Hallar la tensión, si el peso del bloque es 15 N.
37º
c) 170
Hallar la tensión en "1", si: W = 30 N.
b) 4
e) 10
a) 3 N
d) 12
b) 6
e) 15
c) 9
10. Hallar "F", si el peso del bloque es 10 N.
F
1
30º
W
a) 10 N
d) 40
6.
b) 20
e) 50
c) 30
Hallar la tensión en "1", si: W = 52 N
a) 5 N
b) 5
3
d) 10
e) 10
3
c) 2
3