Fundamentos de Estática y Mecánica: Fuerzas, Equilibrio y Movimiento de Cuerpos

Estática: El Estudio del Equilibrio de Cuerpos

La Estática es la rama de la mecánica que se ocupa del estudio del equilibrio de los cuerpos. Un cuerpo está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.

Elementos de la Fuerza

• Punto de aplicación: Es el lugar donde se aplica la fuerza y corresponde al origen del vector.
• La dirección: Queda determinada por la línea que contiene el vector. Esta puede ser horizontal, vertical u oblicua.
• El sentido: Está indicado por el extremo de la flecha opuesto al punto de aplicación. El sentido puede ser: derecha, izquierda, arriba o abajo. También puede emplearse: norte, sur, este u oeste.
• La magnitud (o módulo): Es la longitud de la recta que representa el vector de acuerdo con una escala seleccionada.

Conceptos Fundamentales en Mecánica

Cuerpo Rígido

Es aquel que solo se deforma bajo la acción de fuerzas muy grandes. Un cuerpo rígido, al moverse, puede realizar tres tipos de movimientos:

• Traslación
• Rotación
• Rodamiento

Centro de Masas

Se llama centro de masa de un cuerpo a un punto en el cual debe aplicarse una fuerza exterior para que solo le produzca un movimiento de traslación.

Centro de Gravedad

Es el punto donde se encuentra aplicada la resultante de la suma de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partes de un cuerpo. Por lo tanto, el centro de gravedad es el punto donde se considera aplicado el peso de un cuerpo.

Estudio del Equilibrio

El equilibrio puede producirse en dos casos:

• Cuando no actúa ninguna fuerza sobre el cuerpo.
• Cuando actúan varias fuerzas que se contrarrestan, anulando sus efectos.

Tipos de Equilibrio

• Cuerpos suspendidos: Son aquellos que pueden girar alrededor de un eje.
• Cuerpos apoyados: Son aquellos que descansan sobre una base fija.

Equilibrio de Cuerpos Apoyados

Se llama base de sustentación de un cuerpo a la superficie sobre la cual descansa dicho cuerpo. Un cuerpo apoyado está en equilibrio estable cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad cae dentro de la base de sustentación del cuerpo.

Tipos de Movimiento

Movimiento de Traslación

Es el movimiento que la Tierra realiza alrededor del Sol, describiendo una órbita elíptica.

Rotación

Es la acción de rotar, girar o dar vueltas. Se llama rotación al movimiento que hace la Tierra sobre su propio eje, llamado eje de rotación. Ejemplo: un ventilador.

Rodamiento

Es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a este por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento.

Palancas y su Equilibrio

Palanca

Es, en general, una barra rígida e indeformable capaz de girar alrededor de un eje fijo llamado punto de apoyo o fulcro.

Ley de Equilibrio de las Palancas

La condición para que una palanca esté en equilibrio es que el producto de la fuerza motriz por la longitud de su brazo debe ser igual al producto de la resistencia por la longitud de su brazo.

Clasificación de las Palancas

1. De primer género: Son aquellas donde el punto de apoyo se encuentra ubicado entre la fuerza motriz y la resistencia. Ejemplo: balanza de platillos, tijeras, tenazas.
2. De segundo género: Son aquellas en las cuales la resistencia se encuentra ubicada entre el punto de apoyo y la fuerza motriz. Ejemplo: carretillas, destapadores, cascanueces.
3. De tercer género: Son aquellas donde la fuerza motriz está ubicada entre el punto de apoyo y la resistencia. Ejemplo: la flexión del antebrazo sobre el brazo, la pinza para hielo.