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Manual De Laboratorio De Física I

FCF - UNMSM

EQUILIBRIO DE UN CUERPO RIGIDO

EXPERIENCIA Nº 6
Cuerpo rígido: La distancia entre dos puntos cualesquiera
del cuerpo permanece invariante en el tiempo.

I. OBJETIVOS
- Estudiar el comportamiento de las fuerzas concurrentes y fuerzas
paralelas.
- Establecer las condiciones necesarias para que un sistema se encuentre
en equilibrio.II. EQUIPOS Y MATERIALES
-

Soportes universales
Poleas
Juego de pesas
Regla patrón (con orificios)
Cuerda
Clamps o agarraderas
Portapesas
Dinamómetros
Balanza
Tablero
Transportador

Fig. 6.1

III. FUNDAMENTO TEÓRICO
Las condiciones para que un cuerpo se encuentre en reposo son:
a) EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN
“La suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el sólido esigual a
cero”. Esto ocurre cuando el cuerpo no se traslada o cuando se mueve a
velocidad constante; es decir cuando la aceleración lineal del centro de masa es
cero al ser observado desde un sistema de referencia inercial.

∑ Fi = 0
n
i

EXP. FI – Nº 06

(6.1)

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b) EQUILIBRIO DE ROTACIÓN
“La suma de momentos de fuerza o torquesrespecto a algún punto es igual a
cero”. Esto ocurre cuando la aceleración angular alrededor de cualquier eje es
igual a cero.
n 
∑ M i = 0 (6.2)
i

Para que se cumpla esta segunda condición se deben realizar los siguientes
pasos:
1.
2.
3.
4.

Se identifican todas las fuerzas aplicadas al cuerpo.
Se escoge un punto respecto al cual se analizará el torque.
Se encuentran los torquespara el punto escogido.
Se realiza la suma de torques y se iguala a cero.

Tenga en cuenta esta formulación, se refiere sólo al caso en que las fuerzas y
las distancias estén sobre un mismo plano. Es decir, este no es un problema
tridimensional. La suma de los torques respecto a cualquier punto, dentro o fuera
del cuerpo debe de ser igual a cero.
Ejemplos:
La figura 6.2 muestra una viga(cuerpo r), donde la fuerza total sobre
esta es cero. Pero el torque resultante
respecto a su centro es diferente de
cero, cuyo módulo es igual a 2Fd,
donde d es la diferencia desde el punto


de aplicación a las fuerzas ( F y − F )
al centro de la viga. En este caso la
viga tendrá una tendencia al giro de
forma antihoraria.


F


F
D

Fig. 6.3


F

D


−F

DFig. 6.2


En la Fig. 6.3 la fuerza total es 2 F y
el torque respecto a su centro es cero.
Por lo tanto existe un equilibrio de
rotación, pero no de traslación. En este
caso la viga asciende verticalmente sin
rotar.

La figura 6.4 muestra la viga en
reposo absoluto. Esta en equilibrio
tanto de traslación como de rotación.


F


F


−2F
Fig. 6.4

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IV. PROCEDIMIENTO

1. Arme el sistema de la Fig. 6.5. Suspenda en los extremos de la cuerda pesos
diferentes F 1 , F 2 y en el centro un peso E 3 . Deje que el sistema se
estabilice. Recuerde que debe cumplirse la ley de la desigualdad de los lados del
triángulo “un lado es menor que la suma de los otros dos y mayor que sudiferencia”.

Fig. 6.5

2. Coloque el tablero (con un papel) en la parte posterior de la cuerda y marque las
direcciones de las cuerdas en el papel.
3. Retire el papel y anote en cada línea los valores de los pesos correspondientes.
4. Complete el paralelogramo de fuerzas con una escala conveniente para los
valores de F 1 y F 2.
5. Repita los pasos 1, 2, 3 y 4.
a. Coloque F 1 , F 2 y E igualesen módulo y mida los ángulos α,β y γ
que se forman al rededor del punto.
b. Coloque |F 1 | ; |F 2 | y |E | que estén en la relación de 3 ; 4; 5 y
mida los ángulos que forma entre ellos.
c. Coloque |F 1 | : |F 2 | : |E | que estén en la relación 12 : 5 : 13.

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6. Suspenda la regla con los dinamómetros, utilice...