Problemas de palancas y poleas resueltos

1. La fuerza es una magnitud vectorial , por lo tanto solo queda completamente definida cuando conocemos ...

Una fuerza sólo queda completamente determinada cuando además de su intensidad (módulo) se conocen también su punto de aplicación, dirección (línea de acción) y sentido.

1. La fuerza es deslizante a lo largo de su línea de acción ; ¿qué quiere decir esto?. Razónalo.

Que una fuerza se puede considerar aplicada en cualquier punto de su línea de acción.

1. Enunciar las tres leyes o principios de Newton: principio de inercia, de aceleración y de acción y reacción.

LEYES DE Newton:

• Principio de inercia

  
  Todo cuerpo conservará su estado de reposo o de movimiento si no existe ninguna fuerza aplicada sobre él, o bien si las fuerzas aplicadas se equilibran mutuamente.

  • Principio de aceleración

    
    La aceleración que experimente un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada:                
    F / a = m        (ecuación fundamental de la dinámica) .
  • 
    

    Principio de acción y reacción

    Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro cuerpo, éste reacciona con otra fuerza (reacción) igual en magnitud y dirección a la primera, pero de sentido opuesto.

1. ¿Qué diferencia hay entre estar en reposo y estar en equilibrio?
   . ¿Si un cuerpo está en equilibrio, está necesariamente en reposo?. ¿Si un cuerpo está en reposo, está necesariamente en equilibrio?. Razonar las respuestas.

REPOSO Y EQUILIBRIO

Un cuerpo está en reposo (respecto a un sistema de referencia determinado) cuando su velocidad es nula (v = 0).

Un cuerpo está en equilibrio cuando sobre él no actúa ninguna fuerza o la resultante de las fuerzas que actúan es nula (S f = 0); es decir, cuando el cuerpo no tiene aceleración (a = 0), aunque puede tener velocidad.

Todo cuerpo en reposo esta también en equilibrio, pero un cuerpo en equilibrio no está necesariamente en reposo.

1. Definir el momento de una fuerza respecto a un eje. ¿ Es una magnitud escalar o vectorial ?. Enuncia algún tipo de regla nemotécnica para determinar la dirección y sentido del momento de una fuerza respecto a un punto.

Si aplicamos una fuerza F en otro punto A, el “momento de la fuerza” respecto a O es igual al producto del módulo de F por la distancia del punto O a la línea de acción de F (b).

Es una magnitud vactorial.

El momento de una fuerza es «el producto vectorial del vector posición y del vector fuerza»:

MOF  =  d x F

El resultado de esta operación es otro vector cuya dirección es el eje de giro, su punto de aplicación (O) la intersección del eje de giro con el plano definido por la fuerza y su vector de posición (OA), su intensidad es el producto:

1. ¿Cómo se calcula el momento de un par de fuerzas ?.  Expresar sus dimensiones en unidades del S.I. Y del S. Técnico.

UNIDADES:  Las magnitudes del momento de una fuerza son las del producto [fuerza x distancia], que expresadas en magnitudes fundamentales corresponden a [ ML²T^-2 ]. Sus unidades son:

       Sistema Internacional       Þ           Newton . Metro   (N.M)

       Sistema Técnico  Þ           Kilogramo-fuerza.Metro (Kg.M)

                                                      [1 kgf.M  º  9,81 N.M » 1 dN.M]

1. Razonar si cada una de las siguientes afirmaciones es verdadera o falsa:

A)vUna fuerza única no produce equilibrio

Falso, en las poleas se  puede comprobar que cualquier par de fuerzas se puede equilibrar con una sola fuerza siempre que su momento sea igual al valor del par.

B) El dinamómetro sirve para medir masas

Verdadero, El dinamómetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para calcular el peso de los objetos basa su funcionamiento en el estiramiento de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición.

C) Una fuerza sólo puede descomponerse en dos componentes

Verdadero, hay que saber descomponer una fuerza en otras dos orientadas según los ejes de coordenadas (x e y) , cuyos efectos sumados sean iguales a la fuerza que estamos descomponiendo.

D) Los momentos de dos fuerzas paralelas respecto del punto de aplicación de la resultante son iguales

1. Explicar, mediante un diagrama, el principio de funcionamiento de las palancas. Dar una expresión para el cálculo del rendimiento o ventaja mecánica de cada tipo de palanca.
   

Palancas de primer grado

Son aquellas en las que el punto de apoyo está entre la fuerza aplicada y la fuerza resistente.

El efecto de la fuerza aplicada puede verse aumentado o disminuido en función de las distancias al punto de apoyo. Ej: balancín, las tijeras, las tenazas, los alicates

Palancas de segundo grado

La fuerza resistente se aplica entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada. Se caracterizan porque la  Resistencia se encuentra entre el Punto de apoyo y la fuerza. Ejemplos carretilla.

Palancas de tercer grado

La potencia se encuentra entre la resistencia y el apoyo. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la resultante​ y se utiliza cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él.

Ejemplos el quita grapas, la caña de pescar.

Ley de la palanca

En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

{\displaystyle P\times Bp=R\times Br}P x Bp = R x BR

Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a resistencia por el suyo.

Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro  o punto de apoyo hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

Si en cambio una palanca se encuentra rotando aceleradamente, como en el caso de una catapulta, para establecer la relación entre las fuerzas y las masas actuantes deberá considerarse la dinámica del movimiento sobre la base de los principios de conservación de cantidad de movimiento y momento angular.

1. Razonar si son verdaderas o falsas cada una de las siguientes afirmaciones:
2. Todas las palancas multiplican esfuerzos.
3. Las palancas de primer género siempre multiplican esfuerzos.
4. Las palancas de segundo género siempre multiplican recorridos.
5. Las palancas de tercer género siempre multiplican recorridos.

1. Obtener de forma razonada el rendimiento o ventaja mecánica de cada uno de los siguientes sistemas de poleas. En cada caso realizar un diagrama explicativo :

a)  Una polea fija.                                               d)  Un polipasto multiplicador de 3 poleas móviles.

B)  Una polea móvil.                                          e)  Un polipasto potenciador de 3 poleas móviles

C)  Dos poleas acopladas