Fundamentos de la Mecánica del Cuerpo Rígido: Fuerzas, Torques y Equilibrio

Fundamentos de la Mecánica del Cuerpo Rígido

Cuerpo Rígido: Es aquel que conserva invariable su forma y, en consecuencia, las distancias entre sus partículas componentes permanecen constantes, aun cuando el cuerpo esté sometido a los efectos de fuerzas exteriores.

Composición de Fuerzas Equilibrantes

Componer dos o más fuerzas aplicadas simultáneamente en un punto de un cuerpo consiste en reemplazarlas por una fuerza única llamada resultante o suma, que produce el mismo efecto que las fuerzas reemplazadas, que reciben el nombre de componentes.

Fuerzas Concurrentes

Dos o más fuerzas aplicadas sobre un objeto se llaman concurrentes cuando sus líneas de acción se cortan en un punto. Se construye el paralelogramo que tiene por lados adyacentes las fuerzas concurrentes y se traza la diagonal que pasa por el origen de la fuerza. Esta diagonal representa, en dirección, magnitud y sentido, la resultante o suma vectorial de las fuerzas consideradas.

Descomposición de Fuerzas

Se construye un paralelogramo que tenga la fuerza R como una diagonal y cuyos lados son paralelos a las direcciones dadas OA y OB. Para ello, por el extremo de R se traza MP paralela a OB y NP paralela a OA. MP y NP representan, respectivamente, las fuerzas componentes F1 y F2, pues por la regla del paralelogramo, la fuerza R es la resultante de F1 y F2.

Torques

Si un objeto puede rotar alrededor de un eje y sobre el objeto se aplica una fuerza cuya línea de acción no pasa por el eje de rotación, el efecto de la fuerza es hacer rotar el objeto.

Cupla o Par de Fuerzas

El torque o momento de una cupla o par de fuerzas es igual al producto del módulo de una de las fuerzas por la distancia entre ellas.

Centro de Masa

Es el punto donde debe aplicarse una fuerza para que dicho objeto realice un movimiento de traslación sin rotación. En este punto puede considerarse concentrada toda la masa del objeto.

Centro de Gravedad

Es el punto de aplicación de la resultante de los pesos de las partículas que constituyen un objeto (peso del objeto).

Estabilidad

Es la resistencia que opone un objeto apoyado en un plano horizontal cuando se trata de hacerlo girar alrededor de uno de los lados de la base de sustentación.

Tipos de Equilibrio

a) Estable

Es cuando su centro de gravedad está verticalmente debajo del eje de rotación, en cuyo caso un pequeño desplazamiento angular origina un momento que hace volver el objeto a su estado inicial.

b) Inestable

Es cuando su centro de gravedad se encuentra verticalmente encima del eje de rotación, en cuyo caso un pequeño desplazamiento angular origina un momento que aumenta el desplazamiento y el objeto no vuelve por sí mismo a su posición inicial.

c) Indiferente

Es cuando el centro de gravedad y el eje de rotación coinciden, en cuyo caso el momento del peso respecto al eje de rotación es nulo y el objeto permanece en equilibrio en cualquier situación.