Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Industrial

PRCTICA EXPERIMENTAL N4Medicin de Fuerzas y Equilibrio Esttico

I. Objetivos:

Verificar experimentalmente las Condiciones de Equilibrio Mecnico de un cuerpo en estado de reposo (Equilibrio de Translacin y Equilibrio de Rotacin. Determinar la importancia, relevancia y aplicabilidad de los conceptos de Fuerza y Equilibrio Mecnico usados en Ciencias e Ingeniera. Determinar la importancia, relevancia y aplicabilidad de los conceptos Inercia y Momento de Fuerza de un conjunto de fuerzas coplanares y concurrentes. Estimar el mejor valor aproximado de las Tensiones con respecto al Sistema de Montaje 1, teniendo en cuenta los pesos de diversos objetos. Lograr El uso correcto del Dinammetro y conocer su funcin.

II. Fundamento Terico:

La Esttica es una ciencia fsica muy antigua que se desarroll con anterioridad a la Dinmica. Aunque hoy se sabe que la Esttica es una consecuencia de la Dinmica, puesto que todas sus leyes y caractersticas se deducen de ella; sin embargo, antes que Newton formulase sus leyes fundamentales, (las que rigen la Mecnica de los slidos), el hombre ya tena conocimiento de las propiedades de la palanca, y fue Arqumedes uno de los nueve sabios de la Grecia Antigua, quien enunci la ley de Equilibrio de la Palanca.

La composicin de fuerzas fue estudiada por Giovanni Baltista Benedetti y por Pierre Varignon quienes tambin introdujeron el concepto de momento.An en la actualidad las leyes de la Esttica siguen rigiendo en el clculo de las mquinas modernas ingenieriles y biomdicas, cuya fabricacin sera imposible sino se tuviera en cuenta las fuerzas y los momentos que soportan.

1. Definicin de Esttica: Es la parte de la Mecnica de los Slidos que estudia las condiciones que deben cumplirse para que un cuerpo, sobre el cual actan fuerzas o cuplas, o cuplas y fuerzas a la vez, para que est en equilibrio.

2. Equilibrio Mecnico: Es una situacin estacionaria en la que se cumplen las siguientes condiciones:

Un cuerpo se encuentra en Equilibrio Mecnico, cuando se halla en reposo o en movimiento rectilneo uniforme.

Un cuerpo est en equilibrio cuando su aceleracin total es cero.

3. Fuerza: Magnitud fsica vectorial que se define como la causa de los movimientos y de la deformacin de los cuerpos. La accin de una fuerza sobre los cuerpos depende de su mdulo, direccin (lnea de accin), sentido y punto de aplicacin.

Ejemplo:

En la siguiente imagen se muestra una balanza con dos objetos (un portafolio y unas personas). Esta se encuentra en equilibrio pues la sumatoria entre los pesos y las fuerzas aplicadas en las cadenas es igual a 0.

Las fuerzas en la naturaleza son:

Fuerzas Gravitacionales: Se denomina tambin Fuerza Gravitatoria o Fuerza de Gravedad. Es la fuerza de atraccin que experimentan 2 cuerpos. Tambin se define como la fuerza que ejerce la tierra sobre el peso de un cuerpo.

Fuerza Electromagntica: Es una interaccin que ocurre entre partculas de fuerzas elctricas. Se debe a las cargas elctricas en reposo o en movimiento.

Nucleares fuertes: Es aquella que se manifiesta en la atraccin a muy cortas distancias de partculas sensibles, como es el caso de los protones y neutrones.

Nucleares dbiles: Es aquella que reduce a dirigir los cambios de identidad de las partculas subatmicas (neutrones y protones).

Las fuerzas internas se manifiestan al interior de cuerpos flexibles y rgidos cuando stos son sometidos a la accin de fuerzas externas que tratan de deformarlo por alargamiento o estiramiento y por aplastamiento o compresin.Estas fuerzas internas se clasifican en: tensin, compresin, torsin, y fuerza elstica.

a) Tensin (T): Es aquella fuerza generada internamente en un cuerpo (cable, soga, barras) cuando tratamos de estirarla o alargarla. Esta fuerza acta fuera del cuerpo y es paralela al resorte o cable en el punto de la unin Para graficar la tensin se realiza previamente un corte imaginario. La tensin se caracteriza por apuntar al punto de corte. Si el peso de la cuerda es despreciable, la tensin tiene el mismo valor en todos los puntos del cuerpo.

b) Compresin (C): Es aquella fuerza interna que se opone a la deformacin por aplastamiento de los cuerpos rgidos. Para graficar la compresin se realiza previamente un corte imaginario, se caracteriza por alejarse del punto de corte. Si el peso del cuerpo rgido es despreciable, la compresin es colineal con el cuerpo y tiene el mismo valor en todos los puntos.

c) Fuerza Elstica: Es aquella fuerza que se manifiesta en los cuerpos elsticos o deformables, tales como los resortes. La fuerza elstica se opone a la deformacin longitudinal por compresin o alargamiento, haciendo que el resorte recupere su dimensin original.

4. Momento de una Fuerza: Magnitud vectorial cuyo valor indica la tendencia a la rotacin que provoca una fuerza aplicada sobre un cuerpo, respecto a un punto llamado Centro de rotacin. Su valor se calcula multiplicando el mdulo de la fuerza por su brazo de palanca, que viene a ser la distancia del centro de rotacin (o centro de giro) a la lnea de accin de la fuerza.

M=F.d

Dnde: -F: Fuerza -d:Distancia

5. Condiciones de Equilibrio:

5.1. Primera condicin de Equilibrio (Equilibrio de Traslacin): Un punto material o un cuerpo permanece en reposo relativo o se mueve con ve- locidad constante en lnea recta, si la fuerza resultante que acta so- bre l es igual a cero. El reposo es un estado particular del movimien- to, es decir: (el cuerpo se mantiene en

equilibrio de translacin), donde Si hallamos las componentes rectangulares de las fuerzas, el mdulo de el mdulo de la resultante ser

Teorema de Lamy: Si un cuerpo se encuentra en equilibrio bajo la accin de tres fuerzas concurrentes y coplanares se cumple que el mdulo de cada uno de ellas es directamente proporcional al seno del ngulo de oposicin formado por los otros dos.

5.2. Segunda Condicin de Equilibrio (Equilibrio de Rotacin): Todo cuerpo rgido sometido a la accin de un sistema de fuerzas no gi- ra, si la sumatoria de momentos con respecto a cualquier punto es igual a cero, es decir (el cuerpo se mantiene en equilibrio de rotacin.

Teorema de Varignon: El momento de la fuerza resultante de un conjunto de fuerzas concurrentes, respecto a un punto dado,es igual a la suma de los momentos de las fuerzas con respecto al mismo punto, es decir: donde : .