Estática

Estática Campo al que pertenece Física

Estática. La Estática es la parte de la física que estudia los cuerpos sobre los que actúan fuerzas y momentos cuyas resultantes son nulas, de forma que permanecen en reposo o en movimiento no acelerado.

Concepto de fuerza

A diferencia de los objetos concretos, la fuerza, (así como ciertos entes de la física y la matemática), es un concepto de difícil definición.

Un objeto concreto no presenta problemas para su descripción, ya que se lo ve, se lo toca, sin embargo, la fuerza sólo puede evidenciarse a través de lo que ella es capaz de hacer o de lo que podemos hacer con ella, o sea a través de sus efectos. Así decimos que:

Fuerza: Es todo aquello que es capaz de modificar la velocidad de un cuerpo (en módulo, dirección o sentido) y/o deformarlo o sea cambiarle la forma (aplastarlo, abollarlo, estirarlo, romperlo).

La fuerza es una magnitud vectorial ya que, requiere de los cuatro elementos de un vector para ser expresada completamente.

Tipos de Fuerza

Existen en el universo, cuatro fuerzas fundamentales, a saber:

1. La fuerza de atracción gravitatoria.
2. La fuerza de atracción o repulsión electromagnética.
3. La fuerza nuclear débil.
4. Fuerza nuclear fuerte.

También percibimos la acción de fuerzas que obedecen macroscópicamente a factores meteorológicos o geológicos (fuerzas provocadas por vientos, mareas, terremotos, volcanes, etc.), las generadas por seres vivos (la fuerza muscular, etc.) y las producidas por mecanismos (motores eléctricos y de combustible, así como turbinas a vapor, etc.) aunque en lo microscópico sus causas se fundan en una o más de las cuatro fuerzas fundamentales antes enunciadas.

Medición de fuerzas

Existen muchas maneras de medir fuerzas. Algunos métodos son:

• estáticos
• dinámicos.

Procedimiento estático basado en el estiramiento de un resorte:

Ciertos dispositivos llamados dinamómetros, emplean la propiedad que tienen los resortes de alargarse o acortarse (deformarse) de modo directamente proporcional a la fuerza aplicada. La ley de deformación de un resorte se conoce como "Ley de Hooke" y su expresión vectorial es:

Fe = − k . Δx: Donde k representa la "constante elástica del resorte" y Δx (se lee "delta equis") es la deformación del resorte y el - (signo menos) indica que el sentido de la fuerza Fe (fuerza recuperadora elástica) es contrario al sentido de la deformación del resorte.

Unidad: El kilogramo fuerza.

En la industria, el comercio y la actividad técnica en general, se emplea como unidad de fuerza, el kilogramo fuerza. Se suele simbolizar entre otras maneras con el símbolo "kgf". Su valor unitario (1 kgf) equivale al peso de un cuerpo llamado "kilogramo patrón".

El Newton: Es la unidad de fuerza del Sistema Internacional de Unidades (S.I.), para su uso en las especificaciones técnicas de máquinas, equipos y automotores. Su empleo es cada vez mayor en la industria y el comercio, aunque por costumbre se siga empleando aún el kilogramo fuerza.

Primera condición de equilibrio

Un cuerpo puntual, se halla en equilibrio de traslación, cuando la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre él, es nula.

Supongamos que sobre una partícula actúen n fuerzas, entonces esta primera condición se expresa matemáticamente así:

n ΣFi = 0 i = 1

Es decir que, para que una partícula se halle en equilibrio, es condición necesaria y suficiente que se cumpla la ecuación antes expresada.

Verificar si el sistema de fuerzas: F₁ = 140 N; F₂ = 210 N; F₃ = 350 N; F₄ = 280 N, y cuyas direcciones forman entre sí los siguientes ángulos: α₁, ₂ = 45º , α₂,₃ = 82º y α₃,₄ = 90°, está en equilibrio, aplicando la regla del polígono y el método de las proyecciones (analítico). En caso de no estarlo, agregar una fuerza de igual módulo, de igual dirección y de sentido contrario a la resultante, (que llamaremos equilibrante), para establecer el equilibrio.

El ejemplo que sigue es un sistema de 3 fuerzas concurrentes en equilibrio: F₁ = 300 N, F₂ = 400 N y F₃ = 500 N, α₁, ₂ = 90º; α₂,₃ = 143º.

Ejemplo de aplicación de la primera condición de equilibrio

Determinar las tensiones en las cuerdas que soportan al cuerpo suspendido

Consideramos como cuerpo puntual, a la unión de las tres cuerdas, y dicho punto es nuestro objeto de estudio, cuyo equilibrio analizaremos. Descomponiendo las tensiones de las cuerdas, en dos direcciones perpendiculares, obtenemos dos grupos de fuerzas en equilibrio. En x) T2 - T1 = 0 _ T2 - T1.cos 53º = 0 En y) Ty - P = 0 _ T1.sen 53º - P = 0 Resolviendo el sistema de ecuaciones planteado antes:

-- 0,6 . T1 + T2 = 0 O,8 . T1 -- 100 kgf = 0 Obtenemos: T1 = 125 kgf y T2 = 75 kgf

Fuentes

1. Enciclopedia autodidáctica interactiva Océano. Océano grupo Editorial S.A. Impreso España. ISBN 84-494-0715-X (Volumen 4)
2. Colectivo de Autores. Libro de texto Física 10 mo grado. Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de La Habana. 1976.