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TEMAS SELECTOS DE FÍSICA I

1.3

PROF. MARIO ALFONSO MÉNDEZ GALEANA

EQUILIBRIO DEL SÓLIDO RÍGIDO

INTRODUCCIÓN
Todos los cuerpos en determinadas condiciones se deforman, es decir, de una u otra
manera ellos modifican su forma. Un sólido o cuerpo absolutamente rígido es un cuerpo
tal que en ninguna condición se puede deformar; para dicho cuerpo en cualquier
circunstancia la distanciaentre dos puntos, o más exactamente, entre dos de sus partículas,
permanece invariable, o sea, constante. Obviamente semejante idea es una abstracción. No
obstante, en aquellos casos para los que durante el movimiento la forma del cuerpo no
cambia o varía insignificantemente, se pueden considerar las leyes de movimiento de dicho
cuerpo como las de un cuerpo absolutamente rígido, o, comosimplemente lo llamaremos
en lo sucesivo, de un cuerpo sólido (un sólido).
Algunos sólidos, por ejemplo, un trozo de metal, etc., están formados por cristales
minúsculos. Los átomos y moléculas que forman un cristal están dispuestos en un orden
determinado, conforme a una ley. En la figura siguiente, se muestra el modelo de un cristal
que consta de “esferitas” (átomos) y “varillas” que las unen.Figura 1.40
Modelo de un cristal

Si suponemos que las varillas son rígidas e ingrávidas, y que las esferas están dispuestas
en cualquier orden, podemos representarnos cada sólido a semejanza del modelo de un
cristal. Las diferentes partículas de un cuerpo absolutamente rígido se pueden imaginar
formadas por átomos aislados o por cierto conjunto de un número bastante grande de
átomos ymoléculas que siempre están unidos invariablemente entre sí.

RECOPILACIÓN DE APUNTES Y NOTAS DE CLASE

MARALF MEGA

CUERPOS RÍGIDOS
Existe una diferencia entre cuerpos rígidos y cuerpos absolutamente rígidos. Estos
últimos ya fueron comentados con el concepto de sólido a un nivel microscópico en los
párrafos anteriores. En un nivel macroscópico y para comprender mejor la idea de cuerposrígidos, consideremos los siguientes ejemplos:


Las torres que sostienen un puente colgante deben ser lo suficientemente fuertes
para no caer bajo el peso del puente y de los vehículos que lleve.



El tren de aterrizaje de un avión debe resistir en caso de que el piloto aterrice
defectuosamente.



Los dientes de un tenedor no deben doblarse cuando cortamos un bistec duro.

La estructura de una gran grúa viajera no deberá deformarse grandemente o caerse
cuando esté manejando un gran peso al subir el material de construcción de un
edificio de muchos pisos, por ejemplo, pesadas vigas de acero.

En todos estos problemas, estas estructuras supuestas rígidas, deberán permanecer
verdaderamente rígidas bajo la acción de las fuerzas que obran sobre ellas y de losmomentos de rotación que las acompañan; permaneciendo indefinidamente en un estado
de equilibrio mecánico.
De acuerdo a la lista anterior, el estudiante tiene la posibilidad de plantearse dos
preguntas:


¿Qué fuerzas y qué momentos de rotación obran sobre los cuerpos que se suponen
rígidos?



Considerando su diseño y los materiales empleados, ¿los cuerpos permanecerán
rígidos bajo laacción de esas fuerzas y momentos de rotación?

En esta sección solo nos ocuparemos de la primera pregunta. En cursos posteriores, el
estudiante de ingeniería se ocupará extensamente de la segunda.
Otros ejemplos de cuerpos rígidos:
El marco o cuadro de una bicicleta o motocicleta, la butaca del salón de clases, un casco
de futbol americano, una barra de acero, la estructura de un edificioescolar (trabes,
columnas, cimientos), una mesa, etc.
Sin embargo, cuando alguno de estos objetos queda sometido a la acción de una o más
fuerzas, se observan una o más pequeñas deformaciones; por ejemplo, si a la barra de
acero la utilizamos como una palanca para mover un objeto lo suficientemente pesado,
notamos que dicha barra se deforma unos milímetros curvándose muy ligeramente, pero al...