Semestrario de estática

¿QUÉ ES LA ESTÁTICA?

La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas (fuerza, par/momento) y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo.

La primera ley de Newton implica que la red de la fuerza y el par neto (también conocido como momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero.

De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga a la presión. La red de fuerzas de igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio.

[pic 1]

ENEGÍA ESTÁTICA

La palabra “Estático” significa “falto de movimiento”. Por lo tanto, la electricidad estática es una carga eléctrica sin movimiento.

Todos los materiales están hechos de átomos. Cada átomo está formado por un núcleo con carga positiva.

¿CÓMO SE GENERA?

Se genera cuando 2 o más cuerpos están en contacto y se separan de nuevo. Esta acción da lugar a una separación o transferencia de electrones negativos de un átomo a otro.

El nivel de carga depende de varios factores (el material y sus propiedades físicas y eléctricas, la temperatura, humedad, presión y velocidad de separación.

¿QUÉ EFECTO TIENE?

En los procesos de producción, las cargas electroestáticas pueden ser un grave contratiempo, ya que provocan que los materiales se queden enganchados a la máquina o que se adhieran los unos con los otros.

Además, existe el riesgo de descargas eléctricas para los empleados. La carga eléctrica atrae el polvo del entorno. En los desplazamientos con riesgo de explosión, la carga electroestática podría provocar una chispa, y en consecuencia, un incendio o incluso una explosión.

ELECTROSTÁTICA

La electrostática es la rama de física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema.

La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

HIDROSTÁTICA

Es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de pascal y el de Arquímedes…

PRINCIPIO DE PASCAL.- Se resume en la frase: “El incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incomprensible, contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mimo valor a cada uno de las partes del mismo”.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.- Cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual del volumen de líquido desplazado.

FUERZA.-  Es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre 2 partículas o sistemas de partículas.

Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modifica la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.

1. FUERZAS, MOMENTOS Y PARES.

En mecánica newtoniana, se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud (pseudo)vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza (con respecto al punto al cual se toma el momento) por el vector fuerza, en ese orden. También se denomina momento dinámico o sencillamente momento.

Ocasionalmente recibe el nombre de torque a partir del término inglés (torque), derivado a su vez del latín torquere (retorcer).

El momento de una fuerza [pic 2] aplicada en un punto P con respecto de un punto O viene dado por el producto vectorial del vector [pic 3] por el vector fuerza; esto es,

[pic 4]

Donde [pic 5] es el vector que va desde O a P. Por la propia definición del producto vectorial, el momento [pic 6] es un vector perpendicular al plano determinado por los vectores [pic 7] y [pic 8].

El término momento se aplica a otras magnitudes vectoriales como el momento lineal o cantidad de movimiento [pic 9], y el momento angular o cinético, [pic 10], definido como

[pic 11]

El momento de fuerza conduce a los conceptos de par, par de fuerzas, par motor, etc.

               [pic 12]

Cuando se consideran problemas mecánicos bidimensionales, en los que todas las fuerzas y demás magnitudes vectoriales son coplanarias, el cálculo de momentos se simplifica notablemente. Eso se debe a que los momentos serían perpendiculares al plano de coplanariedad y, por tanto, sumar momentos se reduciría a sumar tan sólo sus componentes perpendiculares al plano, que son magnitudes escalares.

Si se considera una fuerza aplicada en un punto P del plano de trabajo y otro punto O sobre el mismo plano, el módulo del momento en O viene dado por:

[pic 13]

siendo [pic 14] el módulo de la fuerza, [pic 15] el brazo de momento, es decir, la distancia a la que se encuentra el punto O (en el que tomamos momento) de la recta de aplicación de la fuerza, y [pic 16] el suplementario del ángulo que forman los dos vectores.

La dirección de un momento es paralela al eje de momento, el cual es perpendicular al plano que contiene la fuerza F, y por su brazo de momento d. Para establecer la dirección se utiliza la regla de la mano derecha.

 [pic 17]

1. DESCRIPCIÓN E INDENTIFICACIÓN DE FUERZAS.

¿Qué es una fuerza concentrada?  Fuerza concentrada es la que actúa sobre un punto, con una dirección, módulo y sentido determinado (un vector); en la vida real se pueden asimilar a ellas por ejemplo, el peso nuestro actuando sobre el piso cuando estamos parados, o de cualquier objeto que ocupe poca superficie del piso. La inversa son las fuerzas uniformemente distribuidas, como por ejemplo, la presión del agua sobre el fondo de la piscina. 

¿Qué son las fuerzas externas e internas? fuerza externa es aquella acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo que son dirigidos hacia el interior, como por ejemplo cuando se aplasta algún objeto, la fuerza externa comprime el objeto. 

Fuerza interna es aquella acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo que son dirigidos hacia el exterior, como por ejemplo cuando hay diferencia de presiones y el interior de un objeto es de mayor presión, procede hinchar el objeto.

Fuerza de fricción. Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

...