¡Descarga Estatica, equilibrio y tipos de equilibrio, torque y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!
UNIDAD EDUCATIVA COLEGIO FRANCISCANO MARÍA AUXILIADORA CÓDIGO PLANTEL S3437D CONVENIO M.P.P.P.E – AVEC CORDERO – ESTADO TÁCHIRA RIF. J-31118560- TERCER MOMENTO ÁREA DE FORMACIÓN: CIENCIAS NATURALES (FÍSICA) DOCENTE: MAYRA A. MALDONADO R. AÑO: 4TO SECCIÓN: A-B TEMA GENERADOR: Alimentación para la vida y la soberanía. TEJIDO TEMÁTICOS: Diseño y construcción de herramientas e instrumentos agrícolas de origen popular. EQUILIBRIO Y ESTÁTICA EQUILIBRIO. Se dice que un cuerpo está en equilibrio cuando se encuentra en estado de reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. ESTATICA. La estática es la parte de la física mecánica que se ocupa del equilibrio de los cuerpos. FUERZA COMO MAGNITUD VECTORIAL. La fuerza es una magnitud vectorial, ya que el efecto que esta produce al actuar sobre un cuerpo, no depende solo de su valor numérico, sino también de su dirección y sentido, y por ello podemos representarla gráficamente como como un vector en el que podemos señalar los siguientes elementos: Punto de Aplicación: Punto donde se aplica la fuerza y que corresponde al punto de origen del vector. Dirección: La cual viene dada por la de la recta que contiene al vector, esta puede ser horizontal, vertical u oblicua, la cual formará cierto ángulo con la horizontal. Sentido: Indicado por el extremo de una flecha sobre el punto final del vector. Modulo: es la magnitud de la fuerza, que es representada por la longitud del vector. CUERPO RÍGIDO. Un cuerpo rígido es un cuerpo que solo se deforma bajo la acción de grandes fuerzas. Un cuerpo rígido puede realizar tres tipos de movimiento: Traslación: Cuando todos los puntos del cuerpo realizan idénticos movimientos y paralelos entre sí. Rotación: Cuando todos los puntos del cuerpo describen circunferencias con respecto a un eje que pasa por un punto fijo, llamado eje de rotación. Rodamiento: Cuando simultáneamente realiza el movimiento de traslación y rotación. CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE GRAVEDAD. CENTRO DE MASAS
El centro de masa de un cuerpo se define como el punto donde debe aplicarse una fuerza para que solo se produzca en el cuerpo un movimiento de traslación. En un sistema de ejes coordenados, el centro de masa, de un sistema de masas, estará localizado en las coordenadas dadas por las siguientes expresiones: xc =
∑ mi.^ xi
∑ mi
xc = m 1. x 1 + m 2. x 2 + m 3. x 3 + … + mn. xn m 1 + m 2 + m 3 + … + mn yc =
∑ mi.^ yi
∑ mi
yc = m 1. y 1 + m 2. y 2 + m 3. y 3 + … + mn. yn m 1 + m 2 + m 3 + … + mn CENTRO DE GRAVEDAD. El centro de gravedad de un cuerpo es el punto donde se considera que está aplicado el peso de un cuerpo. El peso de todo cuerpo debe pasar por su centro de gravedad. TIPOS DE EQUILIBRIO. El equilibrio de los cuerpos de acuerdo a la tendencia de ser perdido o recuperado lo podemos clasificar en:
- Equilibrio Estable: cuando al separar un cuerpo de su posición de equilibrio, este regresa a ella por si mismo.
- Equilibrio inestable: cuando al separar un cuerpo de su posición de equilibrio este la pierde definitivamente.
- Equilibrio Indiferente: cuando al separar un cuerpo de su posición de equilibrio, este continúa en equilibrio en su nueva posición. EQUILIBRIO EN CUERPOS SUSPENDIDOS Y APOYADOS. Los cuerpos por su tendencia a caer, pueden ser clasificados de acuerdo a la forma que tienen de evitar la caída en dos tipos: Cuerpos suspendidos: Aquellos que pueden girar alrededor de un eje que pasa por un punto, del cual el cuerpo esta fijo, y que es llamado centro de suspensión. Cuerpos Apoyados: Aquellos que descansan sobre una superficie fija llamada base de sustentación.
Tamaño de la base de sustentación. Ubicación del centro de gravedad. Peso del cuerpo. PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO O CONDICIÓN PARA EL EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN. “Un cuerpo está en equilibrio de traslación cuando la suma algebraicas de todas las fuerzas aplicadas sobre él es cero.” Matemáticamente esta condición la podemos escribir como:
∑ ⃗ F =^0 F 1 +^ F 2 + … + Fn =^0
Esta fórmula matemática constituye la expresión analítica de la Primera Ley de Newton o Ley de Inercia. MOMENTO O TORQUE DE UNA FUERZA. Se llama momento o torque de una fuerza ⃗ F con respecto a un eje de giro O, a la magnitud medida por el producto de la fuerza ⃗ F por la distancia perpendicular medida desde el punto O, hasta la línea de acción de la fuerza. A la distancia perpendicular desde O hasta la línea de acción de ⃗ F se le llama brazo de la fuerza y lo denotaremos por b. Ecuación: M = ⃗ F. b Si la fuerza pasa por O, el brazo será cero y la fuerza no producirá momento. Unidades:
En el Sistema M.K.S: [ M ] = N. m
En el Sistema c.g.s: [ M ]= d. cm
En el Sistema Técnico: [ M ]= Kp. m
Convención de Signos: Si la fuerza produce un giro en el sentido horario el momento se considerara negativo (−¿). Si la fuerza produce un giro en el sentido anti horario el momento se considerara positivo (+). Momento Negativo Momento Positivo b O O
SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO O CONDICIÓN PARA EL EQUILIBRIO DE ROTACIÓN. “Un cuerpo está en equilibrio de rotación cuando la suma algebraica de los momentos producidos por todas las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo, con respecto a un punto es igual a cero”. Matemáticamente lo escribimos de la siguiente forma:
∑ M^ O =^0 M 1 + M^ 2 +^ M 3 + … +^ M^ n =^0
EQUILIBRIO COMPLETO O EQUILIBRIO MECANICO. Un cuerpo rígido está en equilibrio completo o equilibrio mecánico cuando se encuentra en equilibrio de traslación y en equilibrio de rotación. Ejercicios:
1. Determinar la intensidad de la fuerza F 4 según los datos del gráfico. Desarrollo Datos: F 1 = 80 kgf F 2 = 120 kgf F 3 = 75 kgf d 1 = 60 cm + 70 cm = 130 cm = 1,30 m d 2 = 70 cm = 0,70 m d 3 = 80 cm + 1,40 m = 0,80 m + 1,40 m = 2,20 m d 4 = 1,40 m Fórmulas: Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a un punto debe ser nulo: ∑M = 0 La suma de los momentos de las potencias debe ser igual a la suma de los momentos de las resistencias: ∑MP = ∑MR Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de las fuerzas debe ser nula: Primera ley de Newton (equilibrio) Solución MF 3 + MF 4 = MF 1 + MF 2 75 kgf·2,20 m + F 4 ·1,40 m = 80 kgf·1,30 m + 120 kgf·0,70 m
F 3 = -(15 kgm - 315 kgm)/(2,1 m) F 3 = -(- 300 kgm)/(2,1 m) F 3 = 300 kgm/(2,1 m) F 3 = 142,86 kgf
- Con los datos del croquis, indique a que distancia estará la fuerza F 2. Desarrollo Datos: F 1 = 80 N F 2 = 300 N P = 120 N d 1 = 3,50 m d 2 = x 2 d 3 = (3,5 m)/2 = 1,75 m Fórmulas: Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a un punto debe ser nulo: ∑M = 0 La suma de los momentos de las potencias debe ser igual a la suma de los momentos de las resistencias: ∑MP = ∑MR Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de las fuerzas debe ser nula: Primera ley de Newton (equilibrio) Solución MF 2 = MF 1 + MP 300 N·x 2 = 80 N·3,5 m + 120 N·1,75 m 300 N·x 2 = 280 N·m + 210 N·m 300 N·x 2 = 490 N·m
x 2 = 490 N·m/300 N x 2 = 490 N·m/300 N x 2 = 1,63 m
- Calcular el valor de la potencia aplicada a una palanca, cuyos brazos de potencia y resistencia, son respectivamente, 1,20 m y 30 cm, siendo la resistencia de 80 N, Desarrollo Datos: dp = 1,20 m dR = 0,30 m R = 80 N Fórmulas: Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a un punto debe ser nulo: ∑M = 0 La suma de los momentos de las potencias debe ser igual a la suma de los momentos de las resistencias: ∑MP = ∑MR Desglosando las ecuaciones: P·dP = R·dR Condición de equilibrio: La sumatoria de los momentos de las fuerzas debe ser nula: Primera ley de Newton (equilibrio) Solución P = R·dR/dP P = 80 N·0,30 m/1,20 m P = 20 N
cuaderno de física al menos 4 hojas (tipo resumen). El tiempo de entrega de la actividad sera 15 días después de su publicación. Medio de entrega: SOLO VÍA CORREO ([email protected]) o en su defecto llevarlo al colegio junto con el cuaderno no se recibirá los ejercicios sin el resumen del cuaderno. CRITERIOS: Articulación Coherente ( 4 ), Orden y pulcritud (2), Procedimiento (8ptos), Resultado (6)
