Estática: Equilibrio de en un Cuerpo Rígido
Hilda Inés Almeida Ospino Rolando cuadro blanco Jorge Luis Ayaso Estrada
Informe Laboratorio de Física Mecánica
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICO COMFENALCO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE TECNOLOGIA EN CONTROL DE CALIDAD CARTAGENA DE INDIAS D. T. y C.
TABLA DE CONTENIDO
1. Introducción 2. Objetivo 3. Fundamento teórico 4. Procedimientos 5. Datos experimentales 6. Resultados 7. Conclusiones 8. Bibliografía
INTRODUCCIÓN - El equilibrio es el estado de un sistema cuya configuración o propiedades macroscópicas no cambian a lo largo del tiempo. Por ejemplo, en mecánica, un sistema está en equilibrio cuando la fuerza total o resultante que actúa sobre un cuerpo y el momento resultante son nulos. En este caso, la propiedad macroscópica del cuerpo que no cambia con el tiempo es la velocidad. En particular, si la velocidad inicial es nula, el cuerpo permanecerá en reposo. El equilibrio mecánico puede ser de tres clases: estable, indiferente o inestable. Si las fuerzas son tales que un cuerpo vuelve a su posición original al ser desplazado, como ocurre con un tentetieso, el cuerpo está en equilibrio estable. Si las fuerzas que actúan sobre el cuerpo hacen que éste permanezca en su nueva posición al ser desplazado, como en una esfera situada sobre una superficie plana, el cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente. Si las fuerzas hacen que el cuerpo continúe moviéndose hasta una posición distinta cuando se desplaza, como ocurre con una varita en equilibrio sobre su extremo, el cuerpo está en equilibrio inestable. - Para que haya equilibrio, las componentes horizontales de las fuerzas que actúan sobre un objeto deben cancelarse mutuamente, y lo mismo debe ocurrir con las componentes verticales. Esta condición es necesaria para el equilibrio, pero no es suficiente. Por ejemplo, si una persona coloca un libro de pie sobre una mesa y lo empuja igual de fuerte con una mano en un sentido y con la otra en el sentido opuesto, el libro permanecerá en reposo si las manos están una frente a otra. (El resultado total es que el libro se comprime). Pero si una mano está cerca de la parte superior del libro y la otra mano cerca de la parte inferior, el libro caerá sobre la mesa. Para que haya equilibrio también es necesario que la suma de los momentos en torno a cualquier eje sea cero.
Fundamento teórico Ley de inercia de Newton: todo cuerpo permanece en el estado de reposo o en el estado de
movimiento con velocidad constante, siempre que no exista agente externo (fuerza) capaz de modificar dichos estados. Fuerza: es todo aquello capaz de modificar el estado original de los cuerpos. estas fuerzas pueden ser de acción directa (fuerza externa aplicada directamente sobre un cuerpo) o de acción a distancia (como por ejemplo las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas, fuertes y débiles). Equilibrio: se dice que un cuerpo esta en equilibrio si este permanece en reposo o en movimiento con velocidad constante. Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando no sufre cambio ni en su estado de reposo ni en su movimiento de traslación ni en el de rotacion. en consecuencia se dice que un cuerpo esta en equilibrio: 1.- cuando esta en reposo o se mueve con movimiento uniforme; y 2.- cuando no gira o lo hace con velocidad constante.
Condiciones de equilibrio:
Equilibrio de una partícula : La condición necesaria y suficiente para que una partícula permanezca en equilibrio (en reposo) es que la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella sea cero.
Equilibrio de un cuerpo rígido: En el desarrollo de la estática consideraremos situaciones de equilibrio de cuerpos rígidos, es decir que no se deforman. En rigor no existen cuerpo sin deformables, de manera que la aplicación de las leyes de la estática es una aproximación que es buena si las deformaciones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. El tema de la estática de cuerpos deformable es el tema de otros cursos. Si el cuerpo rígido permanece en equilibrio con el sistema de fuerzas exteriores aplicado, entonces para que todas las partículas estén en equilibrio es suficiente que tres de sus partículas no colineales estén en equilibrio. Las demás no pueden moverse por tratarse de un cuerpo rígido. Las condiciones bajo las cuales un cuerpo rígido permanece en equilibrio son que la fuerza externa resultante y el torque externo resultante respecto a un origen arbitrario son nulos, es decir:
La primera condición de equilibrio (solo referida a traslaciones) un cuerpo se encuentra en equilibrio de
traslación (velocidad cero o constante) cuando la suma total establece que la fuerza neta o resultante de un conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo debe ser nula, Torque o momento de una fuerza: el torque o momento de una fuerza mide el grado de rotación respecto
de un punto o eje de los cuerpos cuando sobre ella se aplican fuerzas externas. La segunda condición de equilibrio (solo referida a rotaciones) establece que la suma de los torque de
las fuerza externas que actúan sobre un cuerpo respecto a un eje O, debe ser nulo, esto es: Primera ley de Newton: se le puede llamar también ley o principio de inercia.”Si sobre un cuerpo no actúa
ninguna fuerza o, si actúan varias fuerzas, estas se equilibran entre si, entonces dicho cuerpo, o esta en reposo, o bien, en movimientos rectilíneo uniforme”. Lo que en términos matemáticos se expresa así:
Tercera ley de Newton: reconocido también por el nombre de la ley o principio de la acción y reacción, se publico en el mismo año de la ley anterior.”Siempre que un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza, que
llamaremos acción, el segundo actúa sobre el primero con otra fuerza de igual intensidad, pero de dirección contraria, que llamaremos reacción.”
Objetivo
Comprobar la primera y segunda condición de equilibrio. Aprender a trazar el diagrama de cuerpo libre.
Estudiar el comportamiento de las fuerzas concurrentes y fuerzas paralelas. Establecer las condiciones necesarias para que un sistema se encuentre en equilibrio.
Materiales y equipos
Juego de Dinamómetros. Regla de 1 m de peso desconocido. Juego de masas conocidas masa desconocidas 2 m de curdas. Soporte universal.
Procedimientos Construir el diagrama de cuerpo libre en las figuras 1, 2,3 y hacer el diagrama de cuerpo libre respectivo a cada una de las figuras.
Datos experimentales a 18cm
a)
b 28cm c 14cm Wr
25cm
Wc 235 g Wd
Wd
b)
Wr.c Wc.a b 25cm.14cm 23cm.18cm 28cm
a 20cm b 28cm c 6cm Wr
50cm
Wc 110 g Wd
Wr.c Wc.a b 50cm.6cm 50cm.20cm
Observaciones
Se comprobó la primera y segunda ley de equilibrio que teóricamente se pudo aprender y que en la práctica si no se toman datos exactos ni precisos no se pueden obtener resultados exactos . La sumatoria de momentos en ambos brazos debería de ser cero pero influye mucho en la toma de datos y la gravedad en el lugar donde se encuentra al momento de tomar los datos experimentales
Conclusiones Después de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales de equilibrio, podemos llegar a la conclusión de que en todo cuerpo y en todo momento y a cada momento están interactuando diferentes tipos de fuerza, las cuales ayudan a los cuerpos a realizar determinados movimientos o, a mantenerse en estado de equilibrio, ya sea estático o dinámico.
Bibliografía
Al varenga, Beatriz Física I Goldemberg Física fundamental T-I Negro Física experimental Física – Maiztegui & Sabato – Edición 1 Revista Investigación y Ciencia – Jean Michael & É. Kierlik – Julio 2002 Física, Curso Elemental: Mecánica – Alonso Marcelo Física – Wilson Jerry Cuestiones de Física – Aguilar Jsement Física Tomo I – Serway Raymond Dinámica II: Mecánica Para Ingeniería y sus Aplicaciones – David J. MacGill & Wilton King Michel Valero Física Fundamental Vol.-1 Alonso –Finn Física Vol.-1 Sears –Zemansky –Young Física Universitaria http://fisica.usach.cl/~lhrodrig/fisica1/estatica.pdf
