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Conceptos Básicos
Mecánica
ING. EDISON HERRERA
Sistemas de Fuerzas
Fuerzas
 Se le llama fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el
estado de movimiento o de reposo de un cuerpo; es decir, de imprimirle
una aceleración modificando su velocidad.
 Una fuerza tiene tanto magnitud, dirección y sentido, lo que indica una
magnitud vectorial.
Tipos de Fuerzas
 Peso (W).
 El peso de un objeto se define como la fuerza de la gravedad sobre el
objeto y se puede calcular como el producto de la masa por la aceleración
de la gravedad, w = mg. Puesto que el peso es una fuerza, su unidad SI es
el Newton.
 Para un objeto en caída libre, la gravedad es la única fuerza que actúa
sobre él, por lo tanto la expresión para el peso derivada de la segunda ley
de Newton es:
Tipos de Fuerzas
 Fuerza Normal.
 La fuerza normal es un tipo de fuerza de contacto ejercida por una
superficie sobre un objeto. Esta actúa perpendicular y hacia afuera de la
superficie.
 Supongamos que un bloque de masa m o los libros de la imagen de la
derecha. Están en reposo sobre una superficie horizontal como se muestra
en la figura, las únicas fuerzas que actúan sobre él son su peso y la fuerza
de contacto de la superficie.
Tipos de Fuerzas
 Fuerza de Tensión.
 Fuerza ejercida por una cuerda sobre un cuerpo que se
encuentre ligado a ella.
 Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que, aplicada a
un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión; este último
concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama
del conocimiento desde la cual se analice.
 Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un
cuerpo a otro. Cuando en los extremos de una cuerda se
aplican dos fuerzas iguales y contrarias, la cuerda se pone
tensa. Las fuerzas de tensión son, en definitiva, cada una de
estas fuerzas que soporta la cuerda sin romperse.
 Las cuerdas siempre transmiten fuerzas de tensión (tracción)
sobre el cuerpo al cual están unidas.
Tensión
Tipos de Fuerzas
 Fuerza de rozamiento o de fricción:
 La fuerza de rozamiento o de fricción (FR) es una fuerza que surge
por el contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento.
 Fr=μ⋅N
Donde:
 FR es la fuerza de rozamiento
 μ es el coeficiente de rozamiento o de fricción
 N es la fuerza normal
 El rozamiento se debe a las imperfecciones y rugosidades,
principalmente microscópicas, que existen en las superficies de los
cuerpos. Al ponerse en contacto, estas rugosidades se enganchan
unas con otras dificultando el movimiento. Para minimizar el efecto
del rozamiento o bien se pulen las superficies o bien, se lubrican, ya
que el aceite rellena las imperfecciones, evitando que estas se
enganchen.
Tipos de Fuerzas
 Fuerza elástica:
 La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen
una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y
ejercen fuerzas.
 La fuerza elástica se calcula como:
 F = – k ΔX
 ΔX = Desplazamiento desde la posición normal
k = Constante de elasticidad del resorte
F = Fuerza elástica
Diagrama de cuerpo libre
 Un diagrama de cuerpo libre 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). No aparecen los pares
de reacción, ya que los mismos están aplicados siempre en el otro cuerpo.
Torque o Momento de una Fuerza
 Cuando se trata de un sólido, la condición de equilibrio
determinada para una partícula, resulta insuficiente,
puesto que la fuerza neta aplicada al sólido podría ser
nula y, sin embargo, el cuerpo podría rotar.
 Para analizar las condiciones de equilibrio de un sólido
rígido es necesario definir una nueva magnitud física: el
torque o momento de una fuerza.
 TORQUE O MOMENTO DE UNA FUERZA. (Esfuerzo de
Torsión)
 Mide la tendencia de un sólido o de un sistema a rotar
alrededor de un punto o un eje, bajo la acción de una
fuerza.
 Es la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o
rotación alrededor de un punto.
 El torque es una magnitud vectorial que se define por:
r: Vector Posición de un punto cualquiera de
la línea de acción de la fuerza F, con relación
al punto O, donde se calcula el Torque.
Mo: Momento o Torque en el punto O
F: Fuerza aplicada al cuerpo.
Momento de una Fuerza
 El módulo del torque con respecto al punto 0, es igual al producto del
módulo de la fuerza (F) por la distancia perpendicular (d), desde el punto
O hasta la línea de acción de la fuerza. A esta distancia se la denomina
Brazo de momento o Brazo de palanca.
 Una fuerza no genera torque en los puntos contenidos en la línea de
acción de la fuerza porque (d) es cero.
 Unidades:
 M=F.d (unidades de Fuerza)(Unidades de Longitud)
 SI: N.m (Newton-metro)
 CGS: dina.cm (Dina)(centímetro)
Ejemplo de Torque o Momento
 Calcular el torque o momento de las
siguientes fuerzas.
 1) F = 12 N y su brazo d = 5m.
 2) F = 6,5 N y su brazo d = 8m.
 3) F = 25 N y su brazo d = 15m.
 4) El momento de una fuerza vale 60
Nm. Si la fuerza mide 4 N, calcular
el brazo de la fuerza.
 5) El momento de una fuerza vale
125 N. Calcular el valor de la fuerza
si su brazo mide 15 m.

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Conceptos básicos mecánica

  • 3. Fuerzas  Se le llama fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo; es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.  Una fuerza tiene tanto magnitud, dirección y sentido, lo que indica una magnitud vectorial.
  • 4. Tipos de Fuerzas  Peso (W).  El peso de un objeto se define como la fuerza de la gravedad sobre el objeto y se puede calcular como el producto de la masa por la aceleración de la gravedad, w = mg. Puesto que el peso es una fuerza, su unidad SI es el Newton.  Para un objeto en caída libre, la gravedad es la única fuerza que actúa sobre él, por lo tanto la expresión para el peso derivada de la segunda ley de Newton es:
  • 5. Tipos de Fuerzas  Fuerza Normal.  La fuerza normal es un tipo de fuerza de contacto ejercida por una superficie sobre un objeto. Esta actúa perpendicular y hacia afuera de la superficie.  Supongamos que un bloque de masa m o los libros de la imagen de la derecha. Están en reposo sobre una superficie horizontal como se muestra en la figura, las únicas fuerzas que actúan sobre él son su peso y la fuerza de contacto de la superficie.
  • 6. Tipos de Fuerzas  Fuerza de Tensión.  Fuerza ejercida por una cuerda sobre un cuerpo que se encuentre ligado a ella.  Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que, aplicada a un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión; este último concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama del conocimiento desde la cual se analice.  Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un cuerpo a otro. Cuando en los extremos de una cuerda se aplican dos fuerzas iguales y contrarias, la cuerda se pone tensa. Las fuerzas de tensión son, en definitiva, cada una de estas fuerzas que soporta la cuerda sin romperse.  Las cuerdas siempre transmiten fuerzas de tensión (tracción) sobre el cuerpo al cual están unidas.
  • 8. Tipos de Fuerzas  Fuerza de rozamiento o de fricción:  La fuerza de rozamiento o de fricción (FR) es una fuerza que surge por el contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento.  Fr=μ⋅N Donde:  FR es la fuerza de rozamiento  μ es el coeficiente de rozamiento o de fricción  N es la fuerza normal  El rozamiento se debe a las imperfecciones y rugosidades, principalmente microscópicas, que existen en las superficies de los cuerpos. Al ponerse en contacto, estas rugosidades se enganchan unas con otras dificultando el movimiento. Para minimizar el efecto del rozamiento o bien se pulen las superficies o bien, se lubrican, ya que el aceite rellena las imperfecciones, evitando que estas se enganchen.
  • 9. Tipos de Fuerzas  Fuerza elástica:  La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas.  La fuerza elástica se calcula como:  F = – k ΔX  ΔX = Desplazamiento desde la posición normal k = Constante de elasticidad del resorte F = Fuerza elástica
  • 10. Diagrama de cuerpo libre  Un diagrama de cuerpo libre 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). No aparecen los pares de reacción, ya que los mismos están aplicados siempre en el otro cuerpo.
  • 11. Torque o Momento de una Fuerza  Cuando se trata de un sólido, la condición de equilibrio determinada para una partícula, resulta insuficiente, puesto que la fuerza neta aplicada al sólido podría ser nula y, sin embargo, el cuerpo podría rotar.  Para analizar las condiciones de equilibrio de un sólido rígido es necesario definir una nueva magnitud física: el torque o momento de una fuerza.  TORQUE O MOMENTO DE UNA FUERZA. (Esfuerzo de Torsión)  Mide la tendencia de un sólido o de un sistema a rotar alrededor de un punto o un eje, bajo la acción de una fuerza.  Es la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto.  El torque es una magnitud vectorial que se define por: r: Vector Posición de un punto cualquiera de la línea de acción de la fuerza F, con relación al punto O, donde se calcula el Torque. Mo: Momento o Torque en el punto O F: Fuerza aplicada al cuerpo.
  • 12. Momento de una Fuerza  El módulo del torque con respecto al punto 0, es igual al producto del módulo de la fuerza (F) por la distancia perpendicular (d), desde el punto O hasta la línea de acción de la fuerza. A esta distancia se la denomina Brazo de momento o Brazo de palanca.  Una fuerza no genera torque en los puntos contenidos en la línea de acción de la fuerza porque (d) es cero.  Unidades:  M=F.d (unidades de Fuerza)(Unidades de Longitud)  SI: N.m (Newton-metro)  CGS: dina.cm (Dina)(centímetro)
  • 13. Ejemplo de Torque o Momento  Calcular el torque o momento de las siguientes fuerzas.  1) F = 12 N y su brazo d = 5m.  2) F = 6,5 N y su brazo d = 8m.  3) F = 25 N y su brazo d = 15m.  4) El momento de una fuerza vale 60 Nm. Si la fuerza mide 4 N, calcular el brazo de la fuerza.  5) El momento de una fuerza vale 125 N. Calcular el valor de la fuerza si su brazo mide 15 m.