Equilibrio traslacional y fricción

EQUILIBRIO TRASLACIONAL Y FRICCIÓN
Competencias
Al término de este capítulo el alumno podrá:
1. Señalar mediante ejemplos o experimentos su comprensión de la primera y tercera ley de Newton sobre el movimiento.
2. Establecer la primera condición de equilibrio, dar un ejemplo físico, y demostrar gráficamente que satisface la primera condición.
3. Construir un diagrama de cuerpolibre que represente todas las fuerzas que actúan sobre un objeto que se encuentra en equilibrio traslacional.
4. Hallar las fuerzas desconocidas aplicando la primera condición del equilibrio.
5. Usar su comprensión de la fricción cinética y estática para resolver problemas de equilibrio.
Las fuerzas pueden actuar de tal forma que causen el movimiento o lo eviten. Los grandes puentes debendiseñarse de modo que el esfuerzo global de las fuerzas evite el movimiento. Las armaduras, vigas, trabes y cables, en conjunto, deben estar en equilibrio. Es decir, las fuerzas resultantes que actúan en cualquier punto de la estructura, deben estar equilibradas. Las plataformas, montacargas, ganchos, cables elevadores e incluso los grandes edificios, deben construirse de tal manera que seconozcan a fondo los efectos de las fuerzas y se controlen.

3-1. PRIMERA LEY DE NEWTON
Por experiencia sabemos que un objeto estacionario permanece en reposo a menos que una fuerza externa actué sobre él. Una lata de aceite permanece en la mesa de trabajo hasta que alguien la derriba. Un objeto suspendido estará colgando hasta que se suelte. Sabemos que son necesarias las fuerzas para hacer quealgo se mueva si originalmente estaba en reposo.
Resulta menos obvio el hecho de que un objeto en movimiento continúe haciéndolo hasta que una fuerza exterior cambie el movimiento. Por ejemplo, una barra de acero que se desliza por el piso de la tienda, pronto quedará en reposo debido a su interacción con el piso. La misma barra podría deslizarse una distancia mucho mayor, antes de detenerse, siestuviera sobre hielo. Esto se debe a que la interacción horizontal, llamada fricción, entre el piso y la barra es mucho mayor que la fricción entre el hielo y la barra. Esto nos sugiere la idea de que una barra que se deslizara sobre una superficie horizontal totalmente carente de fricción, permanecería moviéndose para siempre. Estas ideas constituyen una parte de la primera ley de Newton sobre elmovimiento.
PRIMERA LEY DE NEWTON: Un cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza externa no equilibrada actúe sobre él.
Debido a la existencia de la fricción, no existe ningún cuerpo real que esté totalmente libre de la acción de fuerzas externas. Sin embargo, hay situaciones en las que es posible hacer que la fuerza resultante sea cero oaproximadamente cero. En tales casos, el cuerpo debe comportarse de acuerdo con la primera ley de Newton es una expresión de una situación ideal. Un volante que gira sobre cojinetes lubricados tiende a mantenerse girando pero aun la más leve fricción hará que tarde o temprano se detenga.
Newton llamó inercia a la propiedad de una partícula que permite mantenerla en un constante estado de movimientoo de reposo. Su primera ley a veces se conoce como ley de inercia. Cuando un automóvil se acelera, los pasajeros obedecen esta ley teniendo a permanecer en reposo hasta que la fuerza externa de los asientos los obliga a moverse. De manera similar, cuando el automóvil se detiene, los pasajeros continúan en movimiento a velocidad constante hasta que son detenidos por los cinturones de seguridad opor su propio esfuerzo. Toda la materia posee inercia.
3-2. TERCERA LEY DE NEWTON: No puede existir una fuerza, si no están implicados dos cuerpos. Cuando un martillo golpea un clavo, ejerce una fuerza de “acción” sobre el clavo. Pero el clavo también “reacciona” empujando hacia atrás al martillo. En todos los casos debe haber una fuerza de acción y una fuerza de reacción. Siempre que dos...