Este documento presenta conceptos clave sobre el equilibrio traslacional, incluyendo las tres leyes de Newton, la primera condición para el equilibrio (que la fuerza resultante debe ser cero), y cómo dibujar diagramas de cuerpo libre para analizar situaciones de equilibrio. También incluye ejemplos para ilustrar cómo aplicar estos conceptos para encontrar fuerzas desconocidas.

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

2. 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

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.
F
a
m

9. 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.

10. Aceleración y masa de
nuevo con fricción cero
F F
a/2
a
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).

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

12. 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!

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

14. 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
F 0 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.

15. 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 Las fuerzas de reacción se
reacción: ejercen POR el anillo.
Br Ar • Fuerza Ar: Del anillo sobre el techo.
Cr
• Fuerza Br: Del anillo sobre el techo.
• Fuerza Cr: Del anillo sobre el peso.

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

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

18. 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.

19. Observe de nuevo el arreglo anterior
A
400
Ay
A Ay
B B 400
C Ax
C
W
W
1. Aísle punto. 4. Etiquete componentes.
2. Dibuje ejes x, y. 5. Muestre toda la
3. Dibuje vectores. información dada.

20. Ejemplo 1. Dibuje un diagrama de cuerpo libre
para el arreglo que se muestra a la izquierda. El
asta es ligera y de peso despreciable.
Cuidado: A
Sobre A Ay
B
cuerda
300 El asta sólo B 300
B puede empujar Ax
C
o jalar pues no C
W tiene peso.
700 N 700 N
La fuerza B es la fuerza ejercida sobre la
Aísle la cuerda en el extremo del boom. ¡Todas
cuerda por eldeben No la confunda con la
las fuerzas
asta. actuar SOBRE la cuerda!
fuerza de reacción ejercida por la cuerda
sobre el asta.

21. 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.
Fx 0 Fy 0

22. Ejemplo 2. Encuentre las tensiones en
las cuerdas A y B para el arreglo que
se muestra.
A
400
A Ay Ay
B B 400
C C Ax
200 N
200 N
La fuerza resultante Rx = Ax + Bx + Cx = 0
sobre el anillo es cero:
Ry = Ay + By + Cy = 0
R= F=0

23. Ejemplo 2. (cont.) Encuentre
los componentes.
Recuerde A Op = Hip x sen
trigonometría Ay = A sen 400
para encontrar Ady = Hip x cos
componentes: Ax = A cos 400
A Los componentes de
By = 0 Ay
los vectores se
B 400
encuentran a partir
Bx C Ax del diagrama de
Cy Cx = 0
cuerpo libre.
200 N Cy = -200 N

24. Ejemplo 2. (cont.)
Componentes A
Ax = A cos 400 Ay Ay
B 400
Ay = A sen 400 Ax
C
Bx = B; By = 0
W
Cx = 0; Cy = W
Un diagrama de cuerpo libre debe representar todas
las fuerzas como componentes a lo largo de los ejes x
y y. También debe mostrar toda la información dada.

25. Ejemplo 2 . (cont.)
A
400 Ay Ay Componentes
B A B 400
C Ax Ax = A cos 400
C
200 N 200 N Ay = A sen 400
Fx= 0 Fy= 0 Bx = B; By = 0
Fy Asin 400 200 N 0; or Asin 400 200 N
Cx = 0; Cy = W
Fx A cos 40 B 0; o B = A cos 40
Fy Asen 40 200 N 0; o A sen40 = 200 N

26. Ejemplo 2 . (cont.)
A Dos
ecuaciones; A sen40° = 200 N
Ay Ay
B 400
dos 0
C Ax incógnitas
B A cos 40
200 N
Resuelva 200 N Luego resuelva
A 311 N
primero para A sen40 0
para B
0 0
B A cos 40 (311 N) cos 40 ; B =238 N
Las tensiones
en A y B son A = 311 N; B = 238 N

27. Estrategia para resolución de
problemas
1. Dibuje un esquema y etiquete toda la información.
2. Dibuje un diagrama de cuerpo libre.
3. Encuentre componentes de todas las fuerzas (+ y -).
4. Aplique primera condición de equilibrio:
Fx= 0 ; Fy= 0
5. Resuelva para fuerzas o ángulos desconocidos.

28. Ejemplo 3. Encuentre la tensión en
las cuerdas A y B.
300 600 B By
B A
A 300 600
Ay 600
300
Ax Bx
400 N 400 N
1. Dibuje diagrama de cuerpo A continuación se
libre. encontrarán
2. Determine ángulos. componentes de
3. Dibuje/etiquete componentes. cada vector.

29. Ejemplo 3. Encuentre la tensión en
las cuerdas A y B.
Primera condición
para equilibrio: B By
Ay A
300 600
Fx= 0 ; Fy= 0 Ax Bx
W 400 N
4. Aplique 1a condición para equilibrio:
Fx = Bx - Ax = 0 Bx = Ax
Fy = By + Ay - W = 0 By + Ay = W

30. Ejemplo 3. Encuentre la tensión
en las cuerdas A y B.
Ax = A cos 300; Ay = A sen 300
Bx = B cos 600 B By
Ay A
By = B sen 600 300 600
Ax Bx
Wx = 0; Wy = -400 N
W 400 N
Con trigonometría, la primera condición produce:
Bx = Ax B cos 600 = A cos 300
By + Ay = W A sen 300 + B sen 600 = 400 N

31. Ejemplo 3 (cont.) Encontrar la tensión en A y B.
B cos 600 = B cos 300
B By A sen 300 + B sen 600 = 400 N
Ay A
300 600
Ax Bx Ahora resuelva para A y B: dos
ecuaciones y dos incógnitas.
W 400 N
Primero resuelva la ecuación horizontal para B
en términos de la incógnita A:
A cos 300
B 0
1.73 A B = 1.732 A
cos 60

32. Ejemplo 3 (cont.) Encontrar la tensión A y B.
B = 1.732 A
B Ahora use trigonometría:
A By
Ay 600 Ay + By = 400 N
300
Ax Bx
A sen 600 + B sen 600 = 400 N
400 N
B = 1.732 A A sen 300 + B sen 600 = 400 N
A sen 300 + (1.732 A) sen 600 = 400 N
0.500 A + 1.50 A = 400 N A = 200 N

33. Ejemplo 3 (cont.) Encontrar B con A = 200 N.
A = 200 N
B By
Ay A B = 1.732 A
300 600
Ax Bx B = 1.732(400 N)
W 400 N B = 346 N
Las tensiones en las cuerdas son: A = 200 N y B = 346 N
Este problema se hace mucho más simple si nota
que el ángulo entre los vectores B y A es 900 y rota
los ejes x y y (continúa)

34. Ejemplo 4. Rote ejes para el mismo ejemplo.
y x
300 600 B By
A B A
300 600
Ay
300 600
Ax Bx
400 N 400 N
W
Se reconoce que A y B están en ángulos rectos y
el eje x se elige a lo largo de B, no
horizontalmente. Entonces el eje y estará a lo
largo de A, con W desplazado.

35. Dado que A y B son perpendiculares, se
puede encontrar el número ángulo con
geometría.
y x y x
B A B
A
300 600
600
300
400 N W =400 N
Debe demostrar que el ángulo será 300.
Ahora sólo trabaje con los componentes de W.

36. Recuerde: W = 400 N. Entonces se tiene:
y x Wx = (400 N) cos 300
B Wy = (400 N) sen 300
A
Wx Por tanto, los componentes
300 del vector peso son:
Wy 400 N Wx = 346 N; Wy = 200 N
Aplique la primera condición para equilibrio y. . .
B – Wx = 0 y A – Wy = 0

37. Ejemplo 4 (cont.) Ahora resuelva para A y B:
y x Fx = B - Wx = 0
B B = Wx = (400 N) cos 300
A
Wx B = 346 N
300
Wy 400 N Fy = A - Wy = 0
Antes de trabajar un A = Wy = (400 N) sen 300
problema, puede ver
si ayuda la rotación A = 200 N
de los ejes.

38. Resumen
• 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.

39. Resumen
• Segunda ley: Siempre que una fuerza
resultante actúe sobre un objeto, produce
una aceleración, una aceleración que es
directamente proporcional a la fuerza e
inversamente proporcional a la masa.

40. Resumen
• Tercera ley: Para toda fuerza de acción debe
haber una fuerza de reacción igual y opuesta.
Acción
Reacción Acción
Reacción

41. Diagramas de cuerpo libre:
• Lea el problema; dibuje y etiquete 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 adyacente a los ángulos.
• Etiquete toda la información dada y establezca
qué fuerzas o ángulos debe encontrar.

42. 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.
Fx 0 Fy 0

43. Estrategia para resolución
de problemas
1. Dibuje un esquema y etiquete toda la información.
2. Dibuje un diagrama de cuerpo libre.
3. Encuentre componentes de todas las fuerzas (+ y -).
4. Aplique primera condición para equilibrio:
Fx= 0 ; Fy= 0
5. Resuelva para fuerzas o ángulos desconocidos.

44. Conclusión:
Equilibrio traslacional