Guía

ESCUELA DE FÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
LABORATORIO DE FÍSICA MECÁNICA
PRÁCTICA N° 3

TEMA : EQUILIBRIO DE UNA PARTICULA: FUERZAS CONCURRENTES

OBJETIVO GENERAL
• Analizar el carácter vectorial de las fuerzas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Utilizar métodos geométricos para el análisis de problemas físicos.
• Calcular la fuerza que logra equilibrar a un sistema.
• Verificar losresultados experimentales por medio de un análisis teórico de suma de fuerzas.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

1.1 EL CONCEPTO DE FUERZA
Una fuerza puede entenderse como la interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente.
En el sentido más simple, una fuerza se puede considerar como la acción de empujar o tirar un cuerpo.
La experiencia cotidiana indica además que dependiendo en ladirección en que se tire o se empuje, es
decir se ejerza la fuerza, será diferente el efecto sobre los cuerpos. Esto sugiere que la fuerza es una
magnitud vectorial, y además de su valor (magnitud) hay que especificar una dirección (línea recta sobre
la que se encuentra el vector, también llamada línea de acción de la fuerza) y un sentido (ver Figura 1a).
Por lo tanto podemos decir que la FUERZA es unvector que representa la acción de un cuerpo sobre
otro.

1

a)
b)
Figura 1. a) Representación gráfica del vector fuerza; b) Fuerzas concurrentes.
Cuando dos o más fuerzas actúan sobre un mismo punto de un objeto, se dice que son fuerzas
concurrentes y la suma vectorial de tales fuerzas se llama fuerza neta o fuerza resultante. En la Figura
⃗⃗⃗1 y 𝐹
⃗⃗⃗⃗2 son dos fuerzas concurrentes y ⃗⃗⃗⃗
1b seilustra tal situación, donde 𝐹
𝐹𝑅 , es la fuerza resultante que
actual sobre el cuerpo.

1.2 EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO
Cuando un cuerpo se encuentra en reposo respecto a un determinado marco de referencia inercial, se
dice que está en equilibrio estático; si se mueve con velocidad constante se dice que se encuentra en
equilibrio dinámico. Al aplicar las leyes de Newton a cualquiera de las dossituaciones, llegamos a la
conclusión que bien sobre el cuerpo no están actuando fuerzas (primera ley de Newton) o que si actúan,
la fuerza neta (o fuerza resultante) sobre él es nula (Segunda ley de Newton).

F 0

(1)

Considerando lo anterior, si sobre un cuerpo concurren varias fuerzas y la fuerza resultante, debido a
⃗⃗⃗⃗𝐸 que tenga la misma magnitud, la misma
éstas, es diferente de cero, esposible encontrar una fuerza 𝐹
⃗⃗⃗⃗𝐸 sobre
dirección pero diferente sentido que dicha fuerza resultante. De manera que al aplicar la fuerza 𝐹
el cuerpo, éste permanece en equilibrio, a esta fuerza se le denomina fuerza equilibrante y debe ser tal
⃗⃗⃗⃗𝐸 cumple que:
que la suma vectorial de ⃗⃗⃗
𝐹1 , ⃗⃗⃗⃗
𝐹2 y 𝐹
⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗𝐸 = 0
𝐹1 + ⃗⃗⃗⃗
𝐹2 + 𝐹

(2)

⃗⃗⃗⃗𝐸 se muestra en la Figura 2. Este el
Para la situaciónmostrada en la Figura 1b, la fuerza equilibrante 𝐹
principio que se utilizará en el desarrollo de esta práctica, cuyo procedimiento se detalla en éste
documento.

2

Figura 2. Fuerza equilibrante

2.

TRABAJO PRÁCTICO

La mesa de fuerzas (Figura 3) es un instrumento didáctico que permite analizar las fuerzas sobre el
anillo mediante cuerdas que pasan por una polea de baja fricción y sostienenpesos en sus extremos.
De esta manera podemos conocer la magnitud de las fuerzas midiendo pesos. La mesa de fuerzas
también cuenta con una graduación en su circunferencia que permite medir ángulos y definir la dirección
de las fuerzas. El propósito más general de esta experiencia es verificar que las fuerzas deben ser
tratadas como vectores (Atender la explicación del docente sobre el correctomanejo de la mesa de
fuerzas).

Figura 3. Mesa de Fuerzas
⃗⃗⃗1
La mesa de fuerzas se utiliza para someter un pequeño anillo a la acción de dos fuerzas conocidas, 𝐹
⃗⃗⃗⃗2 , en un plano horizontal. Se debe encontrar experimentalmente la fuerza ⃗⃗⃗⃗
y𝐹
𝐹3 necesaria para que el
anillo alcance la condición en equilibrio (Ecuación 3), luego calcular analíticamente esta fuerza y
⃗⃗⃗1 es de 50 gf y la...