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5/25/2018 28280638 Fisica Estatica I

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F SICA /FSICA / Unidad 1: ConceptosFsica:

Fsica es un trmino que proviene del griego phisis y que significa realidad onaturaleza. Se trata de la ciencia que estudia laspropiedades de la naturaleza con laasistencia del lenguaje matemtico. La fsica se encarga de las propiedades de la materia, laenerga, el tiempo y sus interacciones.

Esta ciencia no es slo terica: tambin es una ciencia experimental. Sus conclusionespueden ser verificadas mediante experimentos. Adems sus teoras permiten realizarpredicciones acerca de los experimentos futuros.

Ante el amplio campo de estudio y su extenso desarrollo histrico, la fsica esconsiderada como una ciencia fundamental o central. Esta ciencia se encarga desde la

descripcin de partculas microscpicas hasta del nacimiento de las estrellas en el universo,por ejemplo. Galileo Galilei, Isaac NewtonyAlbert Einstein han sido algunos de los fsicos msreconocidos de la historia. De todas formas, filsofos como Aristteles, Tales de Mileto y

Demcrito se encargaron del desarrollo embrionario de la fsica.Entre las principales teoras de la fsica, puede mencionarse a la mecnica clsica (que

describe el movimiento macroscpico), el electromagnetismo (se encarga de los fenmenos

electromagnticos como la luz), la relatividad (analiza el espacio-tiempo y la interaccingravitatoria), la termodinmica (sobre los fenmenos moleculares y de intercambio de calor) yla mecnica cuntica (que estudia el comportamiento del mundo atmico).

Por ltimo, cabe destacar que algunas de las reas de investigacin de la fsica son lafsica terica, la materia condensada, la fsica atmica y molecular, la fsica de partculas o dealtas energas, la astrofsica y la biofsica.

Esttica:

La Esttica es la parte de la fsica que estudia los cuerpos sobre los que actan fuerzas ymomentos cuyas resultantes son nulas, de forma que permanecen en reposo o en movimientono acelerado. El objeto de la esttica es determinar la fuerza resultante y el momento resultantede todas las fuerzas que actan sobre un cuerpo para poder establecer sus condiciones deequilibrio. O en otras palabras es la parte de la mecnica fsica que se ocupa de los sistemas defuerza.

Fuerza:

Es toda accin capaz de producir o modificar un movimiento. Es una magnitud vectorial.La unidad de medida es el Kilogramo Fuerza(Kgo Kgf): peso del kilogramo patrn depositadoen la oficina internacional de medidas ( Sevres - Francia), a nivel del mar y 45 latitud,construido en aleacin de Platino-Iridio. En el Sistema Mtrico Legal Argentino (SIMELA), launidad de fuerza es el Newtonque equivale a 0.102 Kg.

Dinammetros

Son instrumentos utilizados para la medicin de fuerzas,basados en las propiedades elsticas de los cuerpos. Los cuerposelsticos son aquellos que una vez que ha cesado la fuerza que losdeform, recuperan su forma primitiva. Estos cuerpos verifican la

ley de Hooke que relaciona la fuerza de restitucin con elestiramiento. Estos instrumentos se calibran con pesos conocidos.

Desplazamiento (x) F =-k . xSi calculamos la constante de desplazamiento (k), podemosdeterminar la magnitud de la fuerza en funcin del desplazamiento(x). El signo negativa indica que la fuerza de restitucin es contrariaal desplazamiento del resorte.

Unidad 1: Conceptos

Masa


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Representacin grfica de una fuerza

Las fuerzas se representan por medio de vectores. Un vector es un segmentoorientado caracterizado por: punto de aplicacin, direccin, sentido, mdulo o intensidad.

Direccin

recta de accin

Punto de

aplicacinModulo o intensidad Sentido

Para representar una fuerza, primero hay que elegir la escala adecuada, en funcin delespacio disponible para representarla. Por ejemplo, en la representacin de arriba se harepresentado una fuerza de 40 Kgf tomando como escala 10 Kg = 1 cm.

Cuerpo Rgido

Llamamos as a todo cuerpo que sometido a la accin de una fuerza, mantiene constantela distancia entre dos puntos cualesquiera de dicho cuerpo, es decir, que el cuerpo no sedeforma. Toda fuerza trasladada sobre su recta de accin tiene el mismo efecto.

Equilibrio de Fuerzas:

Dos fuerzas aplicadas a un mismo punto se equilibran cuando son de igual intensidad,misma direccin y sentidos contrarios.

F = 40 Kgf F = 40 KgfDireccin

recta de accin

Sistemas de Fuerzas:

Un sistema de fuerzas es un conjunto de fuerzas que actan sobre un mismo cuerpo. Deacuerdo a la disposicin de las fuerzas, podemos encontrar distintos tipos de sistemas:

Sistemas de Fuerzas ColinealesSon fuerzas colineales aquellas cuyas rectas de accin son las mismas. Estas pueden

ser:

De igual sentido: Un ejemplo de este tipo de sistema es el caso de una personaempujando un carro que es tirado de adelante por otra persona.

F = 25 Kgf F = 50 Kgf

Fuerza resultante

Fr = 75 Kgf = F + F

De sentido contrario: Tambin puede interpretarse la resta de fuerzas colinealescomo la suma de dos fuerzas de sentido contrario. Un ejemplo de este tipo desistema es el caso de dos o ms personas tirando de una misma soga pero ensentidos contrarios (cinchada).

F = 25 Kgf F = 50 Kgf

Fuerza resultante

F = 25 Kgf = (-F + F

11 2

12

)

2

2

21


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Sistemas de Fuerzas ParalelasSe denominan as a aquellas fuerzas cuyas rectas de accin son paralelas entre s y

pueden ser de igual o distinto sentido.

Fuerzas paralelas de igual sentido:

La resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de igual sentido cumple conlas siguientes condiciones:

a) Es paralela y del mismo sentido que las componentes.b) Su intensidad es igual a la suma de las intensidades de las componentes.c) Su punto de aplicacin divide al segmento que une los puntos de aplicacin de

ambas fuerzas en dos partes inversamente proporcionales a las intensidades de lasfuerzas adyacentes ( Relacin de Stevin).

R

F

F

d 1

F FR

F

d 1 d 2

F F R

d 2 d 1 ( d 2 + d 1 ) d2

Fuerzas paralelas de sentido contrarioLa resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de sentido contrario cumple

con las siguientes condiciones:a) Es paralela a ambas fuerzas y del mismo sentido de la mayor.b) Su intensidad es igual a la diferencia de las intensidades de las componentes.c) Su punto de aplicacin es exterior al segmento que une los puntos de

aplicacin de ambas fuerzas, situado siempre del lado de la mayor y determina dossegmentos que cumplen con la relacin de Stevin. Un ejemplo de este tipo de sistema esel caso de la fuerza ejercida sobre una llave cruz.

Sistemas de Fuerzas Concurrentes

Son fuerzas concurrentes aquellas cuyas rectas de accin pasan por un mismo punto.Por ejemplo dos barcazas arrastrando un barco:

Resultante

Equilibrante

F2 1F1 2 =

2 1

d 2

1

1

= = =

2

( d 2 + d 1 )

F2

F

F2

F2

F1

La resultantede este sistema es una fuerza que

al estar aplicada al cuerpo produce el mismoefecto que todo el sistema.La equilibrantees una fuerza necesaria paraequilibrar al sistema.


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senb

F

22 = sen (180 -

Composicin de fuerzas:

Se llama as a la obtencin de la resultante de un sistema de fuerzas.

1.- Regla del paralelogramo:

Dadas dos fuerzas concurrentes, su resultante es igual a la diagonal del

paralelogramo que resulta de trazar las paralelas a cada fuerza, por el extremo de cadavector:

Resultante

F

F

2.- Regla del polgono:

Este mtodo consiste en trasladar la fuerza F2 a continuacin de la F1, con lamisma direccin y sentido, y as sucesivamente con el resto de las fuerzas. La resultante delsistema se obtiene trazando el vector que une el punto de aplicacin de F1 con el extremodel vector correspondiente a la ultima fuerza trasladada.

F2R

F1

R= F + F + 2F x F . cosaa) = sen g

F R F

3.- Determinacin analtica del modulo de una resultante por el teorema del coseno:

4.- Clculo de los ngulos que forma la resultante con ambas fuerzas basado en el teoremadel seno

5.- Calculo analtico de los ngulos que forma la resultante de tres o mas fuerzaconcurrentes: se resuelve por pasos sucesivos de a pares.

Descomposicin rectangular de fuerzas

Este es un eso inverso a la composicin de fuerzas, es decir, dada una fuerza, se buscaun par de fuerzas cuya resultante sea igual en direccin, sentido e intensidad a la fuerzaoriginal.

Fy= F xsen a

Fx= F xcos a

4

1

12

F2

3

a

1 2

a a

b

gg

F1

RF

2

a 180 - a180 - a

1 2

xFx

Fy

y

a

F


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Fuerza (N)

Problemas a resolver:

1.- Los datos en la tabla fueron obtenidos siguiendo el experimento de Hooke. A partir de ellos calcule:a) Cuanto vale la constante x del resorte K? 5N/m

b) Qu fuerza hay que aplicar al resorte para obtener un alargamiento de 25 cm? 1.25Nc) Cal ser la longitud del resorte al estirarlo con una fuerza de 1,75 N? 0.55 m

Longitud (m)00 Deformacin (m)0

2.- Determine el mdulo de la fuerza resultante de dos de 600 N y 400 N en los casos siguientes:a) Tienen la misma direccin y sentido 1000 N

b) Tienen la misma direccin y sentido contrario 200Nc) Son perpendiculares. 721 N

d) Forman un ngulo de 30 grados 967.3 N

3.- Calcular analticamente y grficamente la resultante de un sistema de fuerzas paralelas de igual sentido de150N y 350 N que se encuentran separadas por una distancia de 5 cm.

4.- Calcular analticamente y grficamente la resultante de un sistema de fuerzas paralelas de sentidocontrario de 150N y 350 N que se encuentran separadas por una distancia de 5 cm.

5.- Calcular analticamente la resultante de un sistema de fuerzas concurrentes de 150N y 350 N que formanun ngulo de 30 grados entre s.

6.- Una esfera de 450 kgf cuelga de dos cables de acero que forman ngulos de 30 y 55 grados respecto deltecho. Calcular la fuerza que realiza cada cable.

T1x = T 1.cos30 T2x=T2cos55

T1y = T1.sen30 T2y=T2sen55

.20.5 0.31 0.4

1.5 0.5

55 g55 g

30 g

30 g

30 g

T1x = T2xT1y + T2y=R

T2y

450 450

55 g

T2T1

T1y

T1x T2x

450

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