Capítulo 4A. Equilibrio traslacional Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University © 2007

Fotografía de Photo Disk Vol. 1/Getty UN ESCALADOR DE MONTAÑAS ejerce fuerzas de acción sobre hendiduras y cornisas, que produce fuerzas de reacción sobre el escalador, lo que le permite escalar los riscos. Fotografía de Photo Disk Vol. 1/Getty

Objetivos: Después de completar este módulo, deberá: Establecer y describir ejemplos con las tres leyes de movimiento de Newton. Establecer y describir con ejemplos su comprensión de la primera condición para el equilibrio. Dibujar diagramas de cuerpo libre para objetos en equilibrio traslacional. Escribir y aplicar la primera condición para el equilibrio a la solución de problemas similares a los de este módulo.

Primera ley de Newton Primera ley de Newton: Un objeto en reposo o en movimiento con rapidez constante permanecerá en reposo o con rapidez constante en ausencia de una fuerza resultante. Se coloca un vaso sobre un tablero y éste se jala rápidamente hacia la derecha. El vaso tiende a permanecer en reposo mientras el tablero se remueve.

Primera ley de Newton (cont.) Primera ley de Newton: Un objeto en reposo o en movimiento con rapidez constante permanecerá en reposo o con rapidez constante en ausencia de una fuerza resultante. Suponga que el vaso y el tablero se mueven juntos con rapidez constante. Si el tablero se detiene súbitamente, el vaso tiende a mantener su rapidez constante.

Comprensión de la primera ley: Discuta lo que experimenta el conductor cuando un auto acelera desde el reposo y luego aplica los frenos. (a) Se fuerza al conductor a moverse hacia adelante. Un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo. (b) El conductor debe resistir el movimiento hacia adelante mientras se aplican los frenos. Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento.

Segunda ley de Newton La segunda ley de Newton se discutirá cuantitativamente en un capítulo ulterior, después de cubrir aceleración. La aceleración es la tasa a la que cambia la rapidez de un objeto. Un objeto con una aceleración de 2 m/s2, por ejemplo, es un objeto cuya rapidez aumenta 2 m/s cada segundo que viaja.

Segunda ley de Newton: Segunda ley: Siempre que una fuerza resultante actúa sobre un objeto, produce una aceleración, una aceleración que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa.

Aceleración y fuerza con fuerzas de fricción cero Empujar el carro con el doble de fuerza produce el doble de aceleración. Tres veces la fuerza triplica la aceleración.

Aceleración y masa de nuevo con fricción cero Empujar dos carros con la misma fuerza F produce la mitad de la aceleración. La aceleración varía inversamente con la cantidad de material (la masa).

Tercera ley de Newton Para cada fuerza de acción debe haber una fuerza de reacción igual y opuesta. Fuerza de suelo sobre hombre Fuerza de hombre sobre suelo Fuerza de techo sobre hombre Fuerza de hombre sobre techo Fuerza de manos sobre pared Fuerza de pared sobre manos Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes.

Tercera ley de Newton Dos ejemplos más: Acción Reacción Acción Reacción Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes. ¡No se cancelan mutuamente!

Equilibrio traslacional Se dice que un objeto está en equilibrio traslacional si y sólo si no existe fuerza resultante. Esto significa que la suma de todas las fuerzas actuantes es cero. B A C En el ejemplo, la resultante de las tres fuerzas A, B y C que actúan sobre el anillo debe ser cero.

Visualización de fuerzas Los diagramas de fuerza son necesarios para estudiar objetos en equilibrio. No confunda fuerzas de acción con fuerzas de reacción. Equilibrio: Las fuerzas de acción son cada una SOBRE el anillo. Fuerza A: Del techo sobre el anillo. B A C Fuerza B: Del techo sobre el anillo. Fuerza C: Del peso sobre el anillo.

Visualización de fuerzas (cont.) Ahora observe las fuerzas de reacción para el mismo arreglo. Serán iguales, pero opuestas, y actúan sobre diferentes objetos. Fuerzas de reacción: Las fuerzas de reacción se ejercen POR el anillo. Br Ar Fuerza Ar: Del anillo sobre el techo. Fuerza Br: Del anillo sobre el techo. Cr Fuerza Cr: Del anillo sobre el peso.

Suma vectorial de fuerzas Se dice que un objeto está en equilibrio traslacional si y sólo si no hay fuerza resultante. En este caso, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el anillo es cero. W 400 A B C Suma vectorial: SF = A + B + C = 0

Diagrama de vector fuerza W 400 A B C A Ay Ay B 400 C Ax W Un diagrama de cuerpo libre es un diagrama de fuerza que muestra todos los elementos en este diagrama: ejes, vectores, componentes y ángulos.

Diagramas de cuerpo libre: Lea el problema; dibuje y etiquete un esquema. Aísle un punto común donde actúen todas las fuerzas. Construya un diagrama de fuerza en el origen de los ejes x, y. Puntee rectángulos y etiquete los componentes x y y opuesto y adyacentes a los ángulos. Etiquete toda la información dada y establezca qué fuerzas o ángulos se deben encontrar.

Equilibrio traslacional La primera condición para el equilibrio es que no debe haber fuerza resultante. Esto significa que la suma de todas las fuerzas actuantes es cero.