Las fuerzas que usamos diariamente y el Equilibrio traslacional

COMPETENCIA:
Explica el mundo físico, basado en conocimientos científicos.
CAPACIDAD:
Comprende y aplica conocimientos científicos y argumenta científicamente.
INDICADOR:
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 (f_r), 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.