Imforme Fisica I

EQUILIBRIO DE FUERZAS

A. OBJETIVO
Comprobar la primera condición de equilibrio para un sistema de fuerzas concurrentes en un punto.
Comprobar la segunda condición de equilibrio.
B. FUNDAMENTO O MARCO TEÓRICO
El equilibrio mecánico es una situación estacionaria en la que se cumplen una de estas dos condiciones:
Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos,sobre cada partícula del sistema es cero.
Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero.
La alternativa 2 de definición equilibrio que es más general y útil (especialmente en mecánica de medios continuos).
Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tresprincipios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyenciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones...
La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.

a) Primeraley de Newton
Conocida también como la ley de inercia, la primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
Esta ley postula, por tanto,que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él.
Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que elmovimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerposen reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
Considerando que la fuerza es una cantidad vectorial, el análisis experimental correspondiente a las fuerzas requiere herramienta del álgebra vectorial. Ello implica el conocimiento de la suma de vectores concurrentes, al cual también se le denomina vectorresultante, dado por:

(1)
siendo fuerzas concurrentes en el centro de masa del cuerpo.
El producto escalar se realiza entre dos cantidades vectoriales, como resultado de esta operación se determina una cantidad escala; definido por:


donde: F, r: son los módulos de los vectores y respectivamente.
Mientras tanto el producto vectorial se opera entre dos vectores, cuyo resultado es otracantidad vectorial. El módulo de este nuevo vector está dada por:

(2)

Donde es el ángulo entre los vectores y . La representación gráfica de estas operaciones algebraicas se ilustra en la figura 1 y figura 2.


Los vectores se pueden descomponerse en sus componentes ortogonales o en base a los vectores unitarios y . Por lo que cada vector se puede expresar de la siguiente...