EQUILIBRIO_DE_UN_CUERPO_RIGIDO

EQUILIBRIO DE UN CUERPO RÍGIDO
Por definición una partícula puede tener solo movimiento de traslación. Si la resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula es cero, la partícula está moviéndose con velocidad constante o está en reposo; en este último caso se dice que está en equilibrio estático. Pero el movimiento de un cuerpo rígido en general es de traslación y de rotación. Eneste caso, si la resultante tanto de las fuerzas como de las torcas que actúan sobre el cuerpo rígido es cero, este no tendrá aceleración lineal ni aceleración angular, y si está en reposo, estará en equilibrio estático. La rama de la mecánica que estudia el equilibrio estático de los cuerpos se llama estática.

Para que un cuerpo rígido este en equilibrio estático se deben cumplir dos requisitossimultáneamente, llamados condiciones de equilibrio. La primera condición de equilibrio es la Primera Ley de Newton, que garantiza el equilibrio de traslación. La segunda condición de equilibrio, corresponde al equilibrio de rotación, se enuncia de la siguiente forma: “la suma vectorial de todos los torques externos que actúan sobre un cuerpo rígido alrededor de cualquier origen es cero”. Esto setraduce en las siguientes dos ecuaciones, consideradas como las condiciones de equilibrio de un cuerpo rígido:


Centro de gravedad.
Debido a que un cuerpo es una distribución continua de masa, en cada una de sus partes actúa la fuerza de gravedad. El centro de gravedad es la posición donde se puede considerar actuando la fuerza de gravedad neta, es el punto ubicado en la posición promediodonde se concentra el peso total del cuerpo. Para un objeto simétrico homogéneo, el centro de gravedad se encuentra en el centro geométrico, pero no para un objeto irregular.

Centro de masa.
Es la posición geométrica de un cuerpo rígido donde se puede considerar concentrada toda su masa, corresponde a la posición promedio de todas las partículas de masa que forman el cuerpo rígido. El centro demasa de cualquier objeto simétrico homogéneo, se ubica sobre un eje se simetría.
Cuando se estudia el movimiento de un cuerpo rígido se puede considerar la fuerza neta aplicada en el centro de masa y analizar el movimiento del centro de masa como si fuera una partícula. Cuando la fuerza es el peso, entonces se considera aplicado en el centro de gravedad. Para casi todos los cuerpos cerca de lasuperficie terrestre, el centro de masa es equivalente al centro de gravedad, ya que aquí la gravedad es prácticamente constante, esto es, si g es constante en toda la masa, el centro de gravedad coincide con el centro de masa.

Para aplicar las condiciones de equilibrio, es recomendable seguir las siguientes instrucciones, que corresponde a dibujar el diagrama de cuerpo libre (DCL) del cuerporígido:
a) Aislar al cuerpo rígido del sistema con un límite imaginario.
b) Dibujar los vectores que representen las fuerzas en el punto de aplicación donde las fuerzas efectivamente actúan.
c) Elegir un sistema de coordenadas conveniente para descomponer las fuerzas, donde dibujar la componente perpendicular a la posición.
d) Elegir un eje de rotación O adecuado en el cuerpo rígido, donde seanulen los torques de (algunas) fuerzas desconocidas.

OBJETIVOS: Que el estudiante:
1. Proponga un modelo experimental de como varía la tensión en los dinamómetros, cuando la masa cambia de lugar (5 datos). Para los dos casos propuestos.
2. Demostrar que este modelo está de acuerdo con un modelo teórico
3. Predecir en base a su modelo experimental la tensión en los dinamómetros a sabiendas deconocer un dato arbitrario.

MATERIAL:
1 Regla graduada de madera o de metal con horadaciones para colocar los dinamómetros y la masa (5 por lo menos). Es necesario conocer la masa de la regla.
1 varilla de metal para asegurar los dinamómetros (ver figuras)
2 grapas para asegurar el dinamómetro a la mesa

PROCEDIMIENTO:
1. Coloque en una varilla metálica los dinamómetros, de tal manera que tengan...