Equilibrio Dinamico

Equilibrio en el plano y el espacio de fuerzas concurrentes y no concurrentes

Equilibrium in the plane and space of concurrent and non-concurrent forces

Andrea Pulgarín *, Yohana Alzate

Grupo Laboratorio Integrado de Física, Escuela ambiental, Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia. AA. 1226. Medellín, Colombia

Resumen

Este artículo presenta la solución a varios problemas de la física relacionados con el equilibrio de fuerzas, que fueron desarrollados en el laboratorio, empleando materiales del mismo, así como los conceptos teóricos vistos en clase y en cursos anteriores.

El trabajo de laboratorio consistía en desarrollar tres actividades, tales como:

El equilibrio de tres fuerzas concurrentes en el plano y en el espacio, el equilibrio de una regla rígida bajo la acción de fuerzas no concurrentes en el plano, y por ultimo hacer dos tipos de balanzas haciendo uso de la regla rígida.

Para la primera actividad se utilizó la mesa de fuerzas concurrentes, y fijándose dos poleas con masas y ángulos aleatorias se halló el ángulo y la masa que soportaría la tercera polea para lograr el equilibrio del sistema, mediante el método de descomposición de fuerzas en componentes rectangulares.

Para la segunda actividad se halló el centro de masa de la regla y luego se hallaron las magnitudes de las fuerzas y los ángulos mediante tanteo y sumatoria de momentos.

Para construir las balanzas, se utilizó el centro de masa hallado anteriormente, el tanteo, y la sumatoria de momentos. Se construyó una balanza de brazos iguales y una de brazos diferentes.

La solución de los problemas se explicará con más detalle en el desarrollo del trabajo.

---- Palabras clave: Equilibrio de fuerzas, ángulos, magnitud, dirección de fuerzas

Abstract

This article presents the solution to several problems of physic related with the forces equilibrium that were developed in the laboratory using materials from it, as well as the theoretical concepts covered in class and previous courses.

Laboratory work consisted in develop three activities such as:

Equilibrium of three forces in the plane and space, rigid ruler´s equilibrium in the plane, and finally to make two type of balance using the rigid ruler.

To make the first activity, we used the concurrent forces table; we set two pulleys with their respective masses and random angles, then we found the angle and mass that could bear the third pulley to reach the system’s equilibrium by the method of decomposition of forces in rectangular components.

To make the second activity, we found the center of mass of ruler and then the forces magnitudes and angles were found by us, by trial and summation of moments.

For build the weighing scales, we used the center of mass that previously we had found, trial and summation of moments. We built a weighing scale of equal arms and a weighing scale of different arms.

These problems’ solution will be explained with more detail through develop of this work.

---- Keywords: Balance of forces, angles, magnitude, forces direction.

Introducción

Este artículo presenta el resultado de un ejercicio en el laboratorio de física, cuyo objetivo principal era hallar el equilibrio de ciertos objetos de laboratorio sometidos a la acción de diferentes tipos de fuerzas.

En este ejercicio de laboratorio, de manera más específica, lo que se buscó principal y satisfactoriamente fue adquirir la capacidad de resolver un problema de la física (el equilibrio), mediante la utilización de materiales del laboratorio, los conocimientos adquiridos anteriormente, el análisis, la observación y el trabajo en equipo.

Así mismo, el propósito de este artículo es registrar y dar a conocer los métodos empleados para lograr el equilibrio de algunos sistemas de fuerzas, en nuestro caso el de una mesa de fuerzas y el de una regla rígida. También se busca desarrollar la habilidad para comunicar ideas científicas como resultado del trabajo en equipo y la investigación en pro de resolver el problema propuesto.

En este artículo, se plantea claramente el procedimiento seguido para desarrollar tres actividades distintas que constan respectivamente en

1) lograr el equilibrio de tres fuerzas concurrentes en el plano y en el espacio.

2) Lograr el equilibrio de una regla rígida bajo la acción de fuerzas no concurrentes en el plano.

3) Hacer dos tipos de balanzas haciendo uso de la regla rígida.

Marco teórico

La fuerza es aquello que ocasiona que un cuerpo se acelere. Se representa mediante un vector por lo que tiene magnitud y dirección. Si la fuerza resultante de un sistema de fuerzas externas que actúan sobre un objeto es igual a cero, la velocidad es constante, y si adicionalmente el cuerpo se encuentra en reposo, se dice que está en equilibrio mecánico [1].

En general, un sistema de fuerzas concurrentes siempre se puede reemplazar por una sola fuerza resultante que es equivalente en traslación y rotación [2].

Un cuerpo está en equilibrio si está en reposo o se mueve con velocidad constante en un marco inercial [3].

Al sumar todas las fuerzas se obtienen los efectos de traslación, y al sumar todos los momentos de las fuerzas respecto al mismo punto de referencia se obtienen los efectos de rotación.

Si las líneas de acción de las fuerzas coinciden en un mismo punto son llamadas fuerzas concurrentes, en caso contrario son llamadas fuerzas no concurrentes.

Procedimiento y resultados

Equilibrio de fuerzas concurrentes en el plano.

Para lograr el equilibrio de tres fuerzas concurrentes en el plano, utilizamos la mesa de fuerzas concurrentes PASCO scientific modelo ME-9447 (figura1).

En primer lugar, se fijó en la mesa dos poleas, cada una con diferentes ángulos de ubicación al azar, y se colocó sobre cada una de estas, una masa de distinta magnitud (conjunto de arandelas), a

...