Fundamentos de Estática: Equilibrio, Momentos y Máquinas Simples

Conceptos Fundamentales de la Estática

Estática: rama de la mecánica que estudia el equilibrio de los cuerpos.

Deformaciones: bajo la acción de ciertas fuerzas, todos los cuerpos modifican sus dimensiones.

Clasificación de los Cuerpos según su Deformación

• Cuerpos rígidos: son aquellos que solamente se deforman bajo la acción de fuerzas muy grandes.
• Cuerpos deformables: son aquellos que fácilmente se deforman por la aplicación de una fuerza pequeña.
• Cuerpos elásticos: son aquellos que se deforman pero recuperan fácilmente su forma original.

Centros y Tipos de Apoyo

• Centro de masas (C.D.M.): es el punto en el cual debe aplicarse una fuerza exterior para que solo se produzca un movimiento de traslación.
• Centro de gravedad (C.D.G.): es el punto donde se encuentra aplicada la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partes del cuerpo. Es el punto donde está aplicado el peso de un cuerpo.
• Cuerpos suspendidos: son aquellos que pueden girar alrededor de su eje.
• Cuerpos apoyados: son los que descansan sobre una base fija, es decir, cuando la vertical que pasa por su centro de gravedad cae dentro de dicha base.

Equilibrio y Estabilidad

Equilibrio: un cuerpo está en equilibrio cuando las fuerzas que actúan sobre él se equilibran o anulan. Un cuerpo en equilibrio puede estar en reposo o moviéndose con velocidad uniforme.

Tipos de Equilibrio

1. Equilibrio estable: cuando al separarlo de su posición de equilibrio regresa a ella por sí mismo.
2. Equilibrio inestable: cuando al separarlo de su posición de equilibrio lo pierde definitivamente.
3. Equilibrio indiferente: cuando al separarlo de su posición de equilibrio continúa en equilibrio en la nueva posición.

El equilibrio de los cuerpos apoyados recibe el nombre de estabilidad.

Factores de los que Depende la Estabilidad de los Cuerpos

• Magnitud de la base de sustentación: cuanto mayor sea la superficie de apoyo, el equilibrio será más estable.
• Ubicación del centro de gravedad: cuanto más bajo o más cercano a la superficie de apoyo se encuentre el C.D.G., su equilibrio será más estable.
• Peso del cuerpo: cuanto mayor sea el peso del cuerpo apoyado, mayor será su equilibrio.

Condiciones para el Equilibrio

• La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es igual a cero (primera condición de equilibrio).
• La suma vectorial de los momentos de las fuerzas aplicadas con respecto a un eje de giro es cero (segunda condición de equilibrio).

Momento o Torque de una Fuerza

Momento (torque) de una fuerza: es una magnitud vectorial que tiene como medida el producto de una fuerza por su brazo.

Clases de Momentos

• Momento positivo: se obtiene cuando la fuerza produce un giro en sentido opuesto a las agujas del reloj (antihorario).
• Momento negativo: se obtiene cuando la fuerza produce un giro en el sentido de las agujas del reloj (horario).
• Momento nulo: ocurre cuando la línea de acción de la fuerza aplicada pasa por el eje de giro.

Máquinas Simples y Palancas

Máquinas simples: son aquellos dispositivos o aparatos utilizados para transformar o multiplicar las fuerzas que se aplican sobre ellos.

Palanca: es una máquina simple constituida por una barra rígida recta o curva, capaz de girar alrededor de un eje fijo llamado punto de apoyo.

Elementos de una Palanca

• Potencia: es la fuerza que se aplica.
• Resistencia: es la fuerza a vencer.
• Brazo de la potencia: es la perpendicular trazada desde el punto de apoyo a la dirección de la fuerza de potencia.
• Brazo de la resistencia: es la perpendicular trazada desde el punto de apoyo a la dirección de la fuerza de resistencia.
• Punto de apoyo o fulcro: es el punto sobre el cual la palanca gira o se apoya.

Tipos de Palanca

• Palanca matemática: aquella donde el centro de gravedad coincide con el fulcro.
• Palanca física: aquella donde el centro de gravedad no coincide con el fulcro.

Ley de la Palanca

Ley de la palanca: el producto de la potencia por su brazo es igual al producto de la resistencia por el suyo (Potencia × Brazo de Potencia = Resistencia × Brazo de Resistencia).