Este documento presenta información sobre el bloque IV de Física III, el cual generaliza e integra los conocimientos de la física y su aplicación en la vida cotidiana y el entorno natural y social. Incluye tres secuencias didácticas sobre principios de movimientos mecánicos, termodinámica y campo electromagnético. También define conceptos clave como cuerpo rígido, movimiento de traslación y rotación, y condiciones de equilibrio para cuerpos rígidos.

1. Física III
6to cuatrimestre (3er Parcial)
Bloque IV.- Generaliza e Integra los conocimientos de la Física y lo
aplica en la vida cotidiana y el entorno natural y social.

2. Secuencia Didáctica 1.- Principios de los movimientos
mecánicos de: traslación, rotación, vibración, ondulatorio
y sus modelos matemáticos.
Secuencia Didáctica 2.- Termodinámica y sus principios
Secuencia Didáctica 3.- Campo electromagnético

3. Una roca de equilibrio es una
formación geológica natural con
una gran roca o peñasco, a veces
de tamaño considerable, que
descansa sobre otras rocas que a
menudo buscan un equilibrio
inestable.
La imagen muestra una roca en
Balanced Rock Park (EE.UU),
una fehaciente prueba del
equilibrio en la naturaleza, con
más de 15 m de altura y 40
toneladas de peso. Esta roca
esculpida por el viento se
sostiene por un pedestal de solo
un metro y 43 cm de extensión.

4. Cuerpo rígido.
Un cuerpo rígido se define como un cuerpo ideal, cuyas partes
(partículas que lo forman) tienen posiciones relativas fijas entre
sí cuando se somete a fuerzas externas, es decir, es no
deformable.
Con esta definición se elimina la posibilidad de que el objeto
tenga movimiento de vibración. Este modelo de cuerpo rígido
es muy útil en muchas situaciones en las cuales la
deformación del objeto es despreciable. El movimiento
general de un cuerpo rígido es una combinación de movimiento
de traslación y de rotación. En el siguiente bloque se analizarán
más profundamente estos tipos de movimiento.

5. A continuación se presenta un esquema de cuerpos que muestra estos movimientos
Movimiento de traslación- Movimiento de rotación.
Para definir equilibrio, debemos
recordar que las fuerzas
concurrentes son todas las
fuerzas cuyas líneas de acción
pasan a través de un punto
común. Las fuerzas que actúan
sobre un objeto puntual son
concurrentes porque todas ellas
pasan a través del mismo punto
u objeto puntual, como se
observa en la siguiente figura.

6. Por lo tanto, decimos que un objeto está en equilibrio
bajo la acción de fuerzas concurrentes, siempre que
esté en reposo o que su centro de masa se mueva con
velocidad constante en relación con un observador en
un marco de referencia inercial.
Por definición, una partícula puede tener sólo
movimiento de traslación. Si la resultante de las
fuerzas que actúan sobre una partícula es cero, la
partícula está moviéndose con velocidad constante o
está en reposo; en este último caso se dice que está en
equilibrio estático.

7. Pero el movimiento de un cuerpo rígido en general es de traslación y de rotación. En este caso, si la
resultante tanto de las fuerzas como de las torcas que actúan sobre el cuerpo rígido es cero éste no
tendrá aceleración lineal ni aceleración angular, y sí está en reposo estará en equilibrio estático. La
descripción de este último tipo de movimiento es estudiado por la estática.
Condiciones de equilibrio.
Para que un cuerpo rígido esté en equilibrio estático se deben cumplir dos requisitos
simultáneamente, llamados: condiciones de equilibrio.
La primera condición de equilibrio, corresponde a la primera ley de Newton; a partir de esta ley se
garantiza el equilibrio de traslación.
Recordemos que la primera ley de Newton conocida también como ley de inercia, menciona; que si
sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta
con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Por lo tanto la primera condición de equilibrio se puede representar matemáticamente de la
siguiente forma:
1ª condición de equilibrio (equilibrio de traslación):
∑ F = 0 = F1+F2+⋯+Fn=0
“Si un cuerpo se encuentra en equilibrio, entonces, la fuerza resultante que actúa sobre él es igual a
cero”.

8. Centro de gravedad.
Cuando se analizan problemas con cuerpos rígidos se debe considerar la
fuerza de gravedad o el peso del cuerpo.
Debido a que un cuerpo es una distribución continua de masa, en cada una de
sus partes actúa la fuerza de gravedad. El centro de gravedad es la posición
donde se puede considerar actuando la fuerza de gravedad neta, es el punto
ubicado en la posición promedio, donde se concentra el peso total del
cuerpo. Para un objeto simétrico homogéneo; el centro de gravedad se
encuentra en el centro geométrico, pero no para un objeto irregular.
Centro de gravedad en cuerpo regular Centro de gravedad
en cuerpo irregular

9. Centro de masa.
Es la posición geométrica de un cuerpo rígido, donde se puede considerar concentrada
toda su masa y corresponde a la posición promedio de todas las partículas de masa que
forman el cuerpo rígido. El centro de masa de cualquier objeto simétrico homogéneo,
se ubica sobre un eje de simetría.
Cuando se estudia el movimiento de un cuerpo rígido se puede considerar la fuerza neta
aplicada en el centro de masa y analizar el movimiento del centro de masa, como si
fuera una partícula. Cuando la fuerza es el peso, entonces se considera aplicado en el
centro de gravedad.
Para casi todos los cuerpos cerca de la superficie terrestre, el centro de masa es
equivalente al centro de gravedad, ya que en éste, la gravedad es prácticamente
constante. En otras palabras, si g es constante en toda la masa, el centro de gravedad
coincide con el centro de masa como se observa en la figura siguiente.

10. Bibliografía
•Apuntes de Física IPN – Prof. Eduardo Alfaro Miranda
•Física Conceptual – Paul G. Hewitt