A estático y el campo de la mecánica clásica encargado de estudiar sistemas de partículas o cuerpos rígidos en estado de equilibrio. En esta área estudiamos conceptos como centro de masa, par, momento angular, palanca y equilibrio.
Lea también: Cinemática — área de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos
resumen sobre estática
- El estudio de la estática hace posible la construcción y estabilidad de edificios, puentes, automóviles, monumentos, balancines y mucho más.
- En estática se estudian los conceptos y aplicaciones de centro de masa, equilibrio, palanca, torque, momento angular.
- El centro de masa se calcula a través de la media aritmética de la masa de las partículas y sus posiciones en el sistema.
- El par se calcula como el producto de la fuerza producida, el brazo de palanca y el ángulo entre la distancia y la fuerza.
- El momento angular se calcula como el producto de la distancia del objeto desde el eje de rotación, el momento lineal y el ángulo entre la distancia y el momento lineal.
¿Qué estudia la estática?
Los estudios estáticos cuerpos rígidos o partículas en reposo, siendo estático, porque sus fuerzas y momentos se cancelan entre sí en todas las direcciones, provocando el equilibrio, con
esto podemos determinar las fuerzas internas que están sobre este sistema.
¿Para qué sirve la estática?
El estudio de la estática es ampliamente aplicado en la construcción de puentes, edificios, casas, muebles, automóviles, puertas, ventanas, finalmente, todo lo que necesita equilibrio. O estudio de palancas le permite comprender y fabricar carretillas, martillos, cascanueces, ganchos para masa, cañas de pescar, balancines y mucho más. Además, el estudio del momento angular permite mejorar los giros de patinadores, ruedas de bicicletas y sillas giratorias.
Vea también: ¿Cuál es el concepto de fuerza?
Conceptos estáticos importantes
- Centro de masa: Es el punto en el que se acumula toda la masa de un sistema físico o partícula. No siempre está en el cuerpo, como en el caso de un anillo, en el que su
- el centro de masa está en el centro, donde no hay material. Para obtener más información sobre este concepto, haga clic en aquí.
- Balance: es la situación en la que la suma de todas las fuerzas y momentos sobre un cuerpo es cero, manteniéndose el cuerpo invariable.
-
Palanca: Es una máquina simple capaz de simplificar la ejecución de una tarea, pudiendo ser interfijada, interpotente e interresistente.
- A palancainterfijo tiene el punto de apoyo entre la fuerza potente y la fuerza resistente, como es el caso de la tijera, el alicate, el balancín y el martillo.
- A palancainterresistente tiene la fuerza resistente entre la fuerza potente y el fulcro, como es el caso del cascanueces, abrebotellas, carretilla.
- A palancainterpotente tiene la fuerza poderosa entre la fuerza resistente y el fulcro, como es el caso de las pinzas, cortaúñas, algunos ejercicios de musculación.
- Esfuerzo de torsión: también llamado momento de fuerza, es una cantidad física que se produce cuando aplicamos una fuerza sobre un cuerpo capaz de girar, girar, como abrir una puerta giratoria. Conoce más sobre este concepto haciendo clic aquí.
- Momento angular: Es una cantidad física que informa sobre la cantidad de movimiento de los cuerpos que están girando, girando o haciendo curvas.
Principales fórmulas de la estática
→ Fórmulas de centro de masa
\(X_{CM}=\frac{m_1\cdot x_1+m_2\cdot x_2 +m_3\cdot x_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Es
\(Y_{CM}=\frac{m_1\cdot y_1+m_2\cdot y_2 +m_3\cdot y_3}{m_1+m_2+m_3 }\)
Xcm es la posición del centro de masa del sistema de partículas en el eje horizontal.
ycm es la posición del centro de masa del sistema de partículas en el eje vertical.
metro1, metro2 Es metro3 son las masas de las partículas.
X1, X2 Es X3 son las posiciones de las partículas en el eje horizontal.
y1, y2 Es y3 son las posiciones de las partículas en el eje vertical.
→ Fórmula de palanca
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
FPAG es la fuerza potente, medida en Newton [N].
dPAG es la distancia de la fuerza potente, medida en metros [m].
Fr es la fuerza de resistencia, medida en Newton [N].
dr es la distancia de la fuerza resistente, medida en metros [m].
→ Fórmulas de par
\(τ=r\cdot F\cdot sinθ\)
τ es el par producido, medido en N∙m.
r es la distancia desde el eje de rotación, también llamado brazo de palanca, medida en metros [m].
F es la fuerza producida, medida en Newton [No].
θ es el ángulo entre la distancia y la fuerza, medido en grados [°].
Cuando el ángulo es de 90º, la fórmula del torque se puede representar por:
\(τ=r\cdot F\)
τ es el par producido, medido en [N∙m].
r es la distancia desde el eje de rotación, también llamado brazo de palanca, medida en metros [m].
F es la fuerza producida, medida en Newton [No].
→ Fórmula de momento angular
\(L=r\cdot p\cdot sinθ\)
L es el momento angular, medido en [kg∙m2/s].
r es la distancia entre el objeto y el eje de rotación o radio, medida en metros [m].
PAG es el momento lineal, medido en [kg∙m/s].
θ es el ángulo entre el r Es q, medido en grados [°].
Sepa mas: Hidrostática: rama de la física que estudia los fluidos en condiciones de equilibrio estático.
Ejercicios resueltos de estática
01) (UFRRJ-RJ) En la siguiente figura, suponga que el niño empuja la puerta con una fuerza Fmetro = 5 N, actuando a una distancia de 2 m de las bisagras (eje de rotación), y que el hombre ejerce una fuerza FH = 80 N, a una distancia de 10 cm del eje de rotación.
En estas condiciones, se puede afirmar que:
a) la puerta estaría girando en la dirección de cerrarse.
b) la puerta estaría girando en la dirección de apertura.
c) la puerta no gira en ninguna dirección.
d) el valor del momento aplicado a la puerta por el hombre es mayor que el valor del momento aplicado por el niño.
e) la puerta estaría girando en el sentido de cerrarse, porque la masa del hombre es mayor que la masa del niño.
Resolución:
alternativa b La puerta estaría girando en la dirección de ser abierta. Para ello basta con calcular el torque del hombre, a través de la fórmula:
\(τ_h=r\cdot F\)
\(τ_h=0.1\cdot80\)
\(τ_h=8N\cdot m\)
Y el niño torque:
\(τ_m=r\cdot F\)
\(τ_m=2\cdot 5\)
\(τ_m=10N\cdot m\)
Entonces, puedes ver que el torque del niño es mayor que el torque del hombre, por lo que la puerta se está abriendo.
02) (Enem) En un experimento, una maestra llevó al salón de clases una bolsa de arroz, un trozo de madera triangular y una barra de hierro cilíndrica y homogénea. Propuso que midieran la masa de la barra usando estos objetos. Para ello, los alumnos hicieron marcas en la barra, dividiéndola en ocho partes iguales, y luego apoyándola sobre la base triangular, con la bolsa de arroz colgando de uno de sus extremos, hasta alcanzar el equilibrio.
En esta situación, ¿cuál fue la masa de la barra obtenida por los estudiantes?
a) 3,00 kg
b) 3,75 kg
c) 5,00 kg
d) 6,00 kg
e) 15,00 kg
Resolución:
E alternativa. Calcularemos la masa de la barra obtenida por los alumnos, a través de la fórmula de la palanca, en la que comparamos la fuerza potente con la fuerza resistente:
\(F_p\cdot d_p=F_r\cdot d_r\)
La fuerza que ejerce el arroz es la que resiste el movimiento de la barra, entonces:
\(F_p\cdot d_p=F_{arroz}\cdot d_{arroz}\)
La fuerza que actúa sobre el arroz y la fuerza potente es la fuerza del peso, entonces:
\(P_p\cdot d_p=P_{arroz}\cdot d_{arroz}\)
\(m_pg\cdot d_p=m_{arroz}\cdot g\cdot d_{arroz}\)
\(m_p\cdot10\cdot1=5\cdot10\cdot3\)
\(m_p\cdot10=150\)
\(m_p=\frac{150}{10}\)
\(m_p=15 kg\)
Fuentes
HALLIDAY, David; RESNICK, Roberto; WALKER, Jearl. Fundamentos de la Física: Mecánica.8. edición Río de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moyses. curso basico de fisica: Mecánica (vol. 1). 5 edición São Paulo: Blucher, 2015.
