Explica el mundo físico, basado en conocimientos científicos.
Comprende y aplica conocimientos científicos y argumenta científicamente.
Sustenta que para que un cuerpo esté en equilibrio de traslación, es necesario que la suma de las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo debe ser cero.
1. Observa el siguiente video y relacionarlo con el tema:
2. Observa el siguiente ppt:
Podremos encontrar un cuerpo en equilibrio de
Elida Capetillo La Hoz
3. Subraya las ideas temáticas de la lectura y encierra en un circulo las palabras nuevas para tu glosario científico:
¿SABIAS QUE?
Los objetos como las hojas, la lluvia
y los satélites caen a causa de la gravedad. La gravedad es lo que conserva el té dentro de la taza y lo que
hace subir las burbujas. Ella hizo a la tierra redonda y genera la presión que
ha encendido a todas las estrellas del cielo. Estas son las cosas que hace la
gravedad.
La
gravedad es la manera como las masas se comunican entre sí. Toda masa presente
en el Universo atrae a las demás, y al mismo tiempo experimenta una atracción
de parte de todas y cada una de las otras.
Así
pues, los proyectiles, los satélites, los planetas, las galaxias y los grupos
de galaxias están sujetos a la influencia de la gravedad.
La
idea de que la gravedad se extiende por todo el Universo se atribuye a Isaac Newton. Según cuenta la leyenda,
Newton concibió la idea cuando estaba sentado en un manzano en la granja de su
madre pensando en las fuerzas de la naturaleza. Newton entendía el concepto de
Inercia que Galileo había desarrollado años antes; sabía que en ausencia de
fuerzas externas los objetos en movimiento continúan moviéndose con rapidez
constante en línea recta. Newton sabía además que todo cambio en la rapidez o
dirección de un objeto se debe a la acción de una fuerza.
Una
manzana madura propicio lo que habría de convertirse en una de las
generalizaciones de mayor alcance de la mente humana.
Newton
vio caer la manzana, o incluso quizá la sintió sobre su cabeza… la historia no
es clara al respecto. Tal vez miró hacia arriba, a través de las ramas del
árbol, y vio la Luna. Parece ser que a Newton le intrigaba el hecho de que la
Luna no sigue una trayectoria en línea recta, sino que describe círculos
alrededor de la Tierra. Él sabía que el movimiento circular es un movimiento
acelerado que requiere una fuerza. Pero, ¿cuál era esa fuerza? Newton tuvo la
perspicacia para comprender que la Luna cae hacia la Tierra, del mismo modo que
la manzana. Su razonamiento fue que la Luna cae por la misma razón que lo hace
la manzana la gravedad de la Tierra tira de ambas.
Por
todo lo manifestado entonces ¿qué es fuerza?, ¿cómo se mide?, ¿qué son fuerzas
externas?, ¿existen las fuerzas internas?,
Conozcamos más sobre el equilibrio
ESTÁTICA
Es la parte de la mecánica física que estudia las condiciones que deben cumplirse para
que un cuerpo sobre el que actúan fuerzas,
permanezca en equilibrio.
FUERZA
Hay muchas situaciones en las que decimos aplicar una fuerza,
como por ejemplo al empujar una caja, patear una pelota, levantar una maleta,
entonces encontramos situaciones en las que se produce movimiento, se modifica
la posición de un cuerpo, impedimos que se realice algún movimiento o
deformamos algún objeto. Entonces se puede definir a la Fuerza como toda causa
capaz de producir, modificar o impedir un movimiento, y/o deformar un objeto.
Elementos de una fuerza
Dado que la fuerza es una magnitud vectorial tiene los mismos elementos,
y podemos apreciarlos con un ejemplo clásico cuando atamos una cuerda a un
objeto y aplicamos una fuerza para
deslizarlo en una superficie horizontal, el lugar donde se ató la cuerda
es el punto de aplicación, la posición de la cuerda indica la dirección de la
fuerza, el lado hacia el cual se desplaza indica el sentido, el mayor o menor
desplazamiento representa la intensidad de la fuerza.
EQUILIBRIO
Basados en
lo anterior podemos ahora describir que significa el equilibrio de los cuerpos
rígidos específicamente el equilibrio mecánico. Se dice que un cuerpo se
encuentra en equilibrio mecánico,
cuando su estado de movimiento como conjunto no cambia en el tiempo. Este
concepto es relativo porque el estado de movimiento de un cuerpo depende del sistema
de referencia elegido.
Se distingue dos
clases de equilibrio: traslacional y rotacional.
Un cuerpo se
encuentra en equilibrio
traslacional, respecto
de cierto sistema de referencia, cuando su centro de masas se encuentra en
reposo o se mueve con velocidad constante (movimiento rectilíneo uniforme)
respecto de él.
Un cuerpo se encuentra en equilibrio rotacional, respecto de cierto sistema de
referencia, cuando este no rota o se encuentra rotando con una velocidad
angular constante (movimiento rotacional uniforme), respecto de él.
Si un cuerpo
se encuentra en reposo, respecto de
cierto sistema de referencia, se dice que el cuerpo se encuentra en equilibrio estático, que es la
forma más común de equilibrio mecánico.
Por otro lado,
existen tres formas de equilibrio estático: estable, inestable e indiferente.
Equilibrio estable si
cuando un agente externo lo aleja ligeramente de su estado de equilibrio
original, y lo deja en libertad de movimiento, este retorna inmediatamente a su
posición original. En cambio, si este se aleja aún más de su posición original,
se dice que el cuerpo se encuentra en equilibrio
inestable.
Finalmente, se dice
que un cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente si cuando
un agente externo lo aleja ligeramente de su estado de equilibrio original, y
lo deja en libertad de movimiento, este no presenta tendencia ni a retornar a
su posición original ni a alejarse aún más de esta.
CONDICIONES
DE EQUILIBRIO
Para
que un cuerpo permanezca en equilibrio debe cumplir necesariamente con
ciertas condiciones las cuales presentamos a continuación:
1era CONDICION DE EQUILIBRIO
(equilibrio traslacional)
Es aquel que surge en el momento en que todas
las fuerzas (F) que actúan sobre el cuerpo se nulifican, o sea, la sumatoria de las mismas sea igual a cero.
Para el caso de
fuerzas coplanares que se encuentran en el plano cartesiano xy se reduce la
fuerza resultante en cada uno de los ejes x e y es cero.
LA IMPORTANCIA DEL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE EN
ESTÁTICA
Un diagrama de
cuerpo libre (DCL) es un diagrama vectorial que describe todas las
fuerzas que actúan sobre un cuerpo u objeto en particular.
Consiste en
colocar la partícula en el origen de un plano de coordenadas, y representar a
las fuerzas que actúan sobre ella por medio de los vectores correspondientes,
todos concurrentes en el origen. Debemos tener presente que las fuerzas a
representar en la mayoría de los casos es el peso del cuerpo (W), la normal o
reacción (N), fuerza de rozamiento (fr), la tensión (T), además por
supuesto de alguna fuerza externa aplicada al cuerpo (F).
La mayor
aplicación de los DCL es visualizar mejor el sistema de fuerzas que actúan
sobre un cuerpo; además, se identifican mejor las fuerzas pares, como la de
acción - reacción y las componentes de las fuerzas.
Si en un
sistema existen dos o más cuerpos de interés, éstos se deben separar o aislar y
cada uno tendrá un DCL propio con sus respectivas fuerzas actuando.
EJEMPLO 1:
4. PRACTICAMOS:
Ahora con ayuda de toda la información anterior pondremos en práctica la
aplicación de los mismos en el tema de equilibrio, tomando en cuenta las
siguientes recomendaciones:
1.
Considere todas las fuerzas que actúan
sobre el cuerpo en cuestión.
2.
Traza el diagrama de cuerpo libre y
establece un sistema de coordenadas cartesianas.
3.
Lleva a cabo la descomposición de las
fuerzas sobre los ejes X y Y de ser necesario.
4.
Aplica la primera condición de
equilibrio igualando a cero la suma algebraica de las componentes escalares
sobre cada eje.