centro pre universitario lic. fis. mario armando machado diez curso : física general
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Centro Pre Universitario
Lic. Fis. Mario Armando Machado Diez
Curso : Física General
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Física General
Capitulo III : Fuerza y Equilibrio -
Estática
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Estática
Concepto de fuerzaConcepto de fuerza
Primera Ley de newtonPrimera Ley de newton
Tercera Ley de NewtonTercera Ley de Newton
Primer Principio de equilibrio (Fuerzas concurrentes Primer Principio de equilibrio (Fuerzas concurrentes sobre una partícula)sobre una partícula)
Segundo Principio de equilibrio (Fuerzas no Segundo Principio de equilibrio (Fuerzas no concurrentes sobre un cuerpo rígido)concurrentes sobre un cuerpo rígido)
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•Sears y Zemansky•Alonso y Finn
Estática
•Bibliografía
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• Definición de estática:• Estática es la rama de la mecánica de sólidos
que estudia las leyes y condiciones que deben cumplir las fuerzas que actúan sobre los cuerpos para encontrarse en estado de equilibrio.
Estática
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Estática
• Equilibrio mecánico:• Un cuerpo esta en equilibrio mecánico
cuando se halla en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. También se dice que un cuerpo esta en equilibrio cuando su aceleración total es cero.
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Estática
• Clases de equilibrio mecánico:
• EQUILIBRIO ESTATICO
• Un cuerpo esta en equilibrio estático cuando se encuentra en reposo.
v= 0a= 0
v= 0a= 0
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Estática
EQUILIBRIO CINETICO
• Se llama así cuando el cuerpo se encuentra en movimiento rectilíneo uniforme.
V=cte
a=0
V=cte
a=0
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• En todo fenómeno de equilibrio participan principalmente dos nuevas magnitudes físicas : la fuerza y el torque.
• En la primera parte de nuestro estudio estudiaremos solo la fuerza y su importancia en el equilibrio de los cuerpos.
• En la segunda parte de nuestro estudio estudiaremos el torque y su importancia en el equilibrio de los cuerpos.
Estática
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• Concepto de Fuerza• Fuerza es una magnitud física vectorial, que
surge cada vez que dos cuerpos interactúan; ya sea por contacto o a distancia. Generalmente asociamos las ideas de fuerza con los efectos de jalar, empujar, comprimir, tensar, atraer, repeler, etc.
• La fuerza por ser una magnitud vectorial queda definida con su intensidad (módulo), dirección, sentido y punto de aplicación.
Estática
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• Medición de una fuerza• La intensidad de las fuerzas se miden
por el efecto de deformación que ellas producen sobre los cuerpos elásticos.
• Robert Hooke (1635 – 1703) Inglés, descubre la relación empírica entre la fuerza aplicada y la deformación producida, que se expresa por:
F = k x
F = fuerza aplicada (N)
K = Constante de elasticidad (N/m)
X = deformación del resorte (m)
Estática
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• Unidades de la fuerza• 1 Newton (N) = 1 Kg (m/s2)........S I mks Es la cantidad de fuerza neta que proporciona
una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado a un cuerpo de un kilogramo de masa.
• 1 dina = 1 g (cm/s2).................. S I cgs• 1 Kilopondio = 1 utm (m/s2)......S Tco. 1 Kp = 1 Kg f = 9.8 N 1 utm = 9.8 Kg
Estática
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• Composición de fuerzas:
• Para hallar la resultante de un conjunto de fuerzas, no basta con sumarlas vectorialmente, se debe tener en cuenta el punto de aplicación de la resultante, dado que dos fuerzas iguales no siempre producen los mismos efectos.
Estática
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EstáticaFuerzas concurrentes:Se componen de igual forma que los vectores concurrentes. El punto de aplicación de la resultante es el punto de concurrencia de las fuerzas.
F1
F2
F3
Fn
FR= F1 + F2 + F3 +... Fn
FR
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EstáticaFuerzas no concurrentes:En este caso se agrupan las fuerzas de dos en dos y se suman trasladándose sobre sus líneas de acción. Las resultantes de cada par de fuerzas son trasladadas al punto de intersección de sus líneas de acción, siendo este el punto de aplicación de la resultante total.
F1
F2
F3
F4
FR= F1 + F2 + F3 + F4
FR
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Clases de fuerzas
Fuerzas de contactoFuerzas de acción
a distancia (o de campo)
Fuerzas especiales
(Fuerza peso)
Estática
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Estática
F. de contactoF. de acción a distancia
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• Clases de fuerzas:• Fuerzas de contacto:
Son de interacción mutua, se presentan cuando los cuerpos interactúan a través de la superficie de contacto. Suelen llamarse según como actúan. Normal, de rozamiento, de contacto.
Estática
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FUERZAS DE CONTACTO1. FUERZAS CONCENTRADAS .
Aquellas que se consideran aplicada en un punto
2. FUERZAS DISTRIBUIDAS
Aquellas que se consideran aplicadas en una línea, un área o un volumen
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• Fuerzas de acción a distancia o de campo:
No necesitan contacto físico para interactuar; gravitación universal, fuerzas eléctricas, magnéticas.
Estática
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Fuerzas especiales:
Fuerza peso
Es un caso especial de la fuerza de gravitación que actúa en la superficie de los planetas y su acción se ejerce por el campo gravitatorio.
Estática
W = mg
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• La masa:• La masa de un cuerpo es la medida cuantitativa
de la inercia; es decir la capacidad del cuerpo de resistirse u oponerse al cambio de su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme, a movimientos de traslación. Cuanto mayor es la masa de un cuerpo mas se resiste a ser acelerado.
• Unidades de masa:• Kg : kilogramo• g : gramo• Utm: Unidad técnica de masa.• Lb : libra
Estática
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• Primera ley de Newton:• Llamada también ley de inercia; establece
que: • Todo cuerpo permanece en estado de
reposo o de movimiento rectilíneo uniforme , a menos que actúe sobre él una fuerza resultante. Es decir para que un cuerpo posea una aceleración debe actuar sobre él una fuerza resultante.
Estática
V= 0 reposo
V= cte. MRU
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FR= F1 + F2 + F3 +F4+ F5=0
Estática
F2
F5F4
F3 F1
Primera ley de Newton
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• Tercera ley de Newton:• A toda fuerza de acción le corresponde otra
de reacción igual y opuesta . Es decir si un cuerpo ejerce una acción sobre otro, este último ejerce también una acción, del mismo módulo y dirección, pero de sentido contrario, sobre el primero.
• Observación: Las fuerzas de acción y reacción aparecen y desaparecen en forma simultanea y por actuar sobre cuerpos diferentes no se equilibran entre sí.
Estática
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Tercera ley de Newton
Estática
A toda fuerza de acción le
corresponde otra de reacción igual y
opuesta
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Estática
Tercera ley de Newton
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• Fuerzas internas:
• Son aquellas que se manifiestan en el interior de los cuerpos, cuando estos son sometidos a efectos externos. Su explicación radica en el mundo atómico y molecular, pero presenta características macroscópicas.
Estática
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• Tensión (T): • Llamada también tracción, es aquella fuerza
que aparece en el interior de un cuerpo flexible (cuerdas, alambres, etc) debido a fuerzas externas que tratan de alargarlo; oponiéndose a ello.
Estática
TT
F
FF
F
Corte imaginario
F = T
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• Compresión (C): • Es aquella fuerza que aparece en el interior
de un cuerpo sólido rígido, cuando fuerzas externas tratan de comprimirlo; oponiéndose a ello.
Estática
Corte imaginario
F
FF
F
CCF = C
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• Primera condición de equilibrio:
(Fuerzas concurrentes sobre una partícula)
• Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación (velocidad cero o constante) cuando la suma total de las fuerza externas que actúan sobre él es cero.
Estática
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Estática
Poligono vectorial cerrado
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DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (DCL)
DCL
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1) El diagrama de cuerpo libre de la viga homogénea es:(superficies lisas).
1) El diagrama de cuerpo libre de la viga homogénea es:(superficies lisas).
2. El diagrama de cuerpo libre de la bola (1) es:(Superficies lisas)
2. El diagrama de cuerpo libre de la bola (1) es:(Superficies lisas)
Ejemplos de DCL:
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Problema 1.- Estática
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Solución
Estática
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Por condición de equilibrio
Estática
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Estática
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Estática
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Problema 2.-
Estática
Por condición de equilibrio
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Estática
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Estática
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Estática
N
N’
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¿Cuál será el peso de la esfera “A” para que el sistema se encuentre en equilibrio?.(W = 40 N; = 37°).
Analizamos DCL:
W
T T ƩFy = 0
T+T-W =02T =W
(1)
N T
WA
Esfera A:
Determinación del Angulo :
90- α
α+(90-θ) =90α-θ =90-90α =θ
Descomponemos las fuerzas en sus componenetes rectangulares:
N
T
WA
θ
WA cosθ
WA sen
θ
ƩFx = 0:ƩFx = 0: T-WA cosθ=0
T=WA cosθ (2)
Igualamos (1) y (2):
Reemplazamos W=40 N y = 37°:
WA = 25 N
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La figura muestra una esfera de radio “r” y peso W = 6N, apoyada en una superficie cilíndrica. Hallar la reacción sobre la esfera en el punto “A”. Si R = 3r