¿Qué es una fuerza y cómo se mide?
Antonio Castro VilcaTrabajo1 de Mayo de 2023
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“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional””
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PREGUNTAS GUÍA:
- ¿Qué es una fuerza y cómo se mide?
Una fuerza es una magnitud vectorial capaz de modificar el movimiento o estado de reposo de un cuerpo, “(…) actúa sobre un objeto, es capaz de modificar su aceleración, es decir, variar su velocidad y su trayectoria.” (Planas, 2021)
La fuerza se representa con un vector, por ende, es representado como una flecha, y tiene cuatro propiedades[pic 9]
- Módulo o intensidad: Es la cantidad de fuerza ejercida.
- Dirección: Toda fuerza se ejerce en el espacio, con algún ángulo o inclinación con respecto a un sistema de referencia (Horario o anti horario)
- Sentido: Cuando dos objetos ejercen fuerzas uno sobre el otro, la dirección de ambas fuerzas puede ser igual, pero su sentido opuesto.
- Punto de aplicación: Es la superficie o punto donde se aplica la fuerza.
(Fuerza: unidades, tipos, propiedades y características, s. f.)
Por otro lado, la unidad en que la fuerza se mide es el Newton (N), pero también tenemos las siguientes unidades, con sus valores equivalentes:
- dina (d). 1 d = 10-5 N
- kilopondio (kp). 1 kp = 9.8 N
- libra (lb, lbf). 1 lb = 4.45 N
(Las Fuerzas, s. f.)
- ¿Qué es un diagrama de cuerpo libre?
Un diagrama de cuerpo libre (DCL) es un esquema donde se grafican todas las fuerzas ejercida sobre un cuerpo. Entonces un DCL, “muestra a un cuerpo aislado con todas las fuerzas (en forma de vectores) que actúan sobre él (incluidas, si las hay, el peso, la normal, el rozamiento, la tensión, etc.).” (Diagramas de cuerpo libre - FisicaPractica.Com, s. f.), el cuerpo se aísla de otros elementos, aunque este forme parte de un sistema entero.[pic 10]
- ¿Cuáles son las condiciones de equilibrio que se presentan en los cuerpos?
En los cuerpos se presentan dos condiciones de equilibrio:
- Primera condición de equilibrio:
Nos dice que la suma de fuerzas (), o fuerzas resultantes () aplicadas en un cuerpo debe ser igual a cero ().[pic 11][pic 12][pic 13]
Por ende, para que se cumpla esta condición, la fuerza debe ser nula para todos los ejes. ()[pic 14]
(Ingenierizando, 2021, https://www.ingenierizando.com/dinamica/condiciones-de-equilibrio/)
- Segunda condición de equilibrio:
Para la segunda condición de equilibrio se debe conocer que es el momento de fuerza (), esta “(…) es una magnitud vectorial que mide la capacidad que posee una fuerza para alterar la velocidad de giro de un cuerpo” (Fernández, s/f). Su valor se obtiene a través de la siguiente expresión:[pic 15]
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Donde:
- M es el módulo del momento de una fuerza
- F es el módulo de la fuerza que se aplica sobre el cuerpo.
- d es la distancia entre el eje de giro y la recta sobre la que descansa la fuerza F
https://www.fisicalab.com/apartado/momento-fuerza
- “Usualmente si la fuerza tiende a hacer girar el cuerpo en sentido horario el momento tiene signo negativo, mientras que si el sentido es anti horario el momento es positivo.” (Momento de una fuerza, s/f)
Entonces, ya sabiendo esto, la segunda condición de equilibrio nos dice que “si el sumatorio de momentos de un cuerpo es nulo entonces el cuerpo está en equilibrio rotacional.” (Ingenierizando, 2021), es decir la sumatoria de momentos (momento resultante), en un sistema de equilibrio de rotación es igual a cero () y al igual que con la primera condición, para que se cumpla esta condición, los momentos de fuerza deben ser ulos para todos los ejes. ()[pic 17][pic 18]
(Ingenierizando, 2021, https://www.ingenierizando.com/dinamica/condiciones-de-equilibrio/)
- ¿Cómo actúa la fuerza de rozamiento en los cuerpos?
La fuerza de rozamiento “(...) se da cuando hay dos cuerpos en contacto, (…) y es de dos tipos: estática y dinámica. (…) Además, esta fuerza es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque y no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los cuerpos” (¿Qué es la fuerza de rozamiento?, 2020).
Por lo tanto, la fuerza de rozamiento es aquella que surge entre dos superficies y se opone al movimiento de un cuerpo.
Por otra parte, el módulo de la fuerza de rozamiento se obtiene por medio de la siguiente expresión:
[pic 19]
Donde:
- Fr es el módulo del momento de la fuerza de rozamiento
- es el coeficiente de rozamiento y este depende del tipo de rozamiento.[pic 20]
- N es el módulo de la fuerza normal.
Por último, de lo dicho se deduce que existen dos tipos de coeficiente de rozamiento: el coeficiente de rozamiento estático () y el coeficiente de rozamiento dinámico (). Entonces nos quedan las siguientes expresiones: [pic 21][pic 22]
- Fuerza de rozamiento estático: [pic 23]
- Fuera de rozamiento cinético: : [pic 24]
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Los pasos que seguiremos mediante el proceso a realizar el proyecto son los siguientes:
CRONOGRAMA DEL SESARROLLO DEL PROYECTO FINAL DEL CURSO DE FISICA
Fecha de vencimiento del “Proyecto Final del Curso de Física”: miércoles 21 de diciembre del 2022
SEMANAS | |||||||||
FECHA VENCIMIENTO PROYECTO FINAL | |||||||||
14-Dic | 15-Dic | 16-Dic | 17-Dic | 18-Dic | 19-Dic | 20-Dic | 21-Dic | ||
FASES | INFORMAR | ||||||||
PLANIFICAR | |||||||||
DECIDIR | |||||||||
EJECUTAR | |||||||||
CONTROLAR | |||||||||
VALORAR |
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Las estrategias y procedimientos para aplicar son:
Estática
PROCEDIMIENTO:
- Determinar el diagrama de cuerpo libre
- Descomponer los vectores fuerza según el diagrama de cuerpo libre
- Hallar momentos de fuerza de cada vector
- La segunda condición de equilibrio, la suma de momentos de fuerza
- La primera condición de equilibrio, suma de fuerzas
TRABAJO FINAL
TEMA: SISTEMA DE EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS.
OBJETIVO DEL TRABAJO |
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PLANTEAMIENTO DEL TRABAJO |
Mediante el transcurso de la existencia de la humanidad, se han visto problemas en cuestión de equilibrio. Las cuales han dado la necesidad de crear cálculos matemáticos que posteriormente podríamos aplicarlos a la realidad para resolver problemas de diseño de una manera más exacta. En el trabajo a realizar mostraremos una de las diferentes aplicaciones de los conocimientos aprendidos. Todos los cuerpos en el universo interaccionan los unos con los otros, influyéndose mutuamente en sus movimientos. Pero podríamos imaginarnos una situación tal en que sobre un cuerpo no se ejerciera una interacción o en que el efecto combinado de varias se anulara; tendríamos entonces lo que se llama “Partícula libre”. A continuación, se presenta el siguiente caso a desarrollar: El sistema mostrado, muestra una barra homogénea y uniforme en equilibrio cuyo peso es de 9 N, y la longitud de la barra es “L” y en cuyo extremo cuelga un bloque de 6 N. Se tiene una fuerza “F” horizontal y paralela a la superficie de apoyo que permite el equilibrio y actúa en el punto medio de la barra. La barra homogénea tiene una inclinación que hace un ángulo con la superficie horizontal de 37°. En función al enunciado propuesto determinar:
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[pic 28][pic 29]
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