Este documento presenta el programa académico virtual de física para la semana 9. Cubre cuatro temas: la tercera ley de Newton, fuerzas usuales, la primera condición de equilibrio y estática. El objetivo es que los estudiantes comprendan las interacciones, fuerzas y equilibrio mecánico de los cuerpos. Incluye ejemplos de fuerzas como la gravedad, tensión, elástica y reacción de superficies.

1. FÍSICA
P R O G R A M A A C A D É M I C O V I R T U A L
Ciclo Anual Virtual Aduni
Docente: Jack Donayre

2. Semana 9
ESTÁTICA I
TEMA 2: TERCERA LEY DE NEWTON
TEMA 3: FUERZAS USUALES
TEMA 4: 1° CONDICIÓN DE
EQUILIBRIO
TEMA 1: ESTÁTICA

3. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A
Objetivos:
C U R S O D E F Í S I C A ( A S M 2 0 2 0 )
➢ Conocer la naturaleza de las
interacciones y la forma de
medirlas.
➢ Comprender la relación entre las
fuerzas y el equilibrio mecánico
de los cuerpos.
➢ Aplicar la primera condición del
equilibrio mecánico.

4. TEMA 1: ESTÁTICA

5. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A
C U R S O D E F Í S I C A ( A S M 2 0 2 0 )
Empíricamente, consideramos que un
cuerpo está en equilibrio cuando no se
mueve o presenta una posición estable,
tal como el flamenco parado en una
pata, el hotel voladizo y el panel
luminoso.
La Física nos enseña que el estado de
reposo o estabilidad de cierto cuerpo,
depende de su INTERACCIÓN con los
demás cuerpos que lo rodean y además;
en uno de sus capítulos denominado
Estática, desarrolla el concepto de
FUERZA, EQUILIBRIO MECÁNICO y
CONDICIONES DE EQUILIBRIO MECÁNICO.
Los ejemplos mostrados y otros con
movimiento uniforme, son casos de
equilibrio mecánico y serán estudiados
en el presente capítulo: ESTÁTICA.
MECÁNICA:
Cinemática
Estática
Dinámica

6. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A
C U R S O D E F Í S I C A ( A S M 2 0 2 0 )
Veamos otros casos donde pueden aplicarse las
Leyes de la Estática:
El tanque metálico es arrastrado lentamente hacia el
camión mediante la aplicación de fuerzas en las cuerdas.
Este movimiento lento y controlado, también es un estado
de equilibrio mecánico.
El reposo y el movimiento uniforme, como el M.R.U. y el
M.C.U. ( movimiento circunferencial uniforme ), son formas de
equilibrio mecánico, por lo tanto; están sujetos a ciertas
condiciones o Leyes de la Estática.
Durante un M.R.U., el ciclista viaja seguro porque
tiene suficiente control de la bicicleta, por ello se dice
que se encuentra en equilibrio mecánico:
¡La Estática tiene como objetivo principal, plantear las
condiciones necesarias para el equilibrio mecánico!

7. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A
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Analicemos el sistema de bloques en reposo:
𝑣 = 0
Es evidente que los bloques se mantienen en reposo
gracias a la cuerda tensa y el apoyo del plano
inclinado; entonces:
¿ Qué pasará si cortamos la cuerda ?
Por lo menos alguno de los bloques empezará a descender de
modo que su velocidad aumentará a través del tiempo; es
decir: ahora se verificará la existencia de una aceleración, lo
cual significa que: ya no hay equilibrio mecánico.
Conclusión preliminar:
Durante el equilibrio mecánico de un cuerpo, éste no
acelera en la dirección de su movimiento porque hay un
conjunto de fuerzas externas que afectan al cuerpo y
cumplen cierta relación matemática y física.
En la posición mostrada, cada bloque tiende a
moverse sobre el plano inclinado; sin embargo, sus
velocidades no cambian a través del tiempo. Esto
indica que, los bloques no aceleran y se mantienen en
equilibrio mecánico.

8. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A
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¿ QUÉ ES EL EQUILIBRIO MECÁNICO ?
Es aquel estado de reposo o de movimiento
uniforme que puede presentar un cuerpo o un
sistema físico afectado por dos o más fuerzas externas.
Características fundamentales:
Durante el estado de equilibrio mecánico, el cuerpo no acelera
en la dirección de su movimiento rectilíneo o circunferencial;
es decir: el módulo de su rapidez lineal o tangencial, no
cambia en el tiempo.
El equilibrio mecánico depende del análisis de fuerzas externas
que afectan al cuerpo o sistema; por ello, es imprescindible
realizar el Diagrama de Cuerpo Libre ( D.C.L. ) del cuerpo en
análisis.
Condiciones para el equilibrio mecánico:
Hay 02 condiciones y ecuaciones físicas para garantizar el
equilibrio mecánico de un cuerpo o sistema, los cuales se
plantearán después de conocer algunas fuerzas usuales y los
tipos de equilibrio mecánico.
𝑣 = 0 റ
𝑣 = 𝑐𝑡𝑒. 𝜔 = 𝑐𝑡𝑒
Reposo MRU: MCU:
Tipos de Equilibrio Mecánico:
Equil. Mecánico
de Traslación
Equil. Mecánico
de Rotación

9. TEMA 2: TERCERA LEY DE NEWTON.

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Consideremos el siguiente caso:
Una señora empujando
una caja…
Separemos imaginariamente a ambos cuerpos:
Acción del
cajón sobre
las manos
Acción de las
manos sobre
el cajón
A una ACCIÓN le corresponde otra acción de dirección
contraria, a la cual denominaremos REACCIÓN.
Esto significa que: Entre las manos de la señora y la caja,
ocurre una acción mutua y simultánea que en la Estática se
denominará: INTERACCIÓN física.
INTERACCIÓN
𝑭𝟏
Acción
Reacción
Es evidente que: mediante sus manos, la señora ejerce
una acción sobre la caja; pero a la vez, la caja también ejerce
una acción sobre las manos de la señora.
Podemos afirmar que:
Una INTERACCIÓN física es aquella acción mutua
entre dos entes materiales ( cuerpos, partículas o campos
físicos de igual naturaleza ), en forma simultánea.
𝑭𝟐

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Cada interacción puede medirse en forma escalar y
vectorial:
La medición vectorial de una interacción, se realiza
mediante la FUERZA ( Ԧ
𝐅 ).
La Fuerza es aquella magnitud vectorial que expresa la
intensidad y la dirección de cada una de las acciones que
surgen durante una interacción física.
En el S.I. la unidad de medida de la Fuerza, es el NEWTON
( N ).
Características de las FUERZAS en una INTERACCIÓN:
➢ Siempre surgen en parejas ( Par acción – reacción ).
➢ Presentan el mismo módulo pero sus direcciones son
opuestas.
➢ Actúan sobre cuerpos diferentes y por lo tanto,
producen efectos diferentes, dependiendo de su masa,
material, tamaño, forma y velocidad.
TERCERA LEY DE NEWTON
Esta ley sistematiza el concepto de INTERACCIÓN y
FUERZA, constituyéndose así en uno de los tres pilares
de la llamada Física Clásica o newtoniana.
Se conoce también como: Ley de Acción y de Reacción.
➢ Están contenidas en una misma línea de acción ( son
colineales ).
MEDICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE UNA INTERACCIÓN

12. TEMA 3: FUERZAS USUALES

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FUERZAS USUALES EN LA MECÁNICA:
A ) Fuerza de Gravedad (𝑭𝒈) :
Es aquella fuerza que mide la acción del planeta Tierra sobre los
cuerpos que se encuentran en sus inmediaciones (el cuerpo
puede encontrarse en la superficie terrestre o por encima de
ella).
𝐹
𝑔
𝐹
𝑔
𝑚
𝑀𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎
C.G.
La línea de acción de 𝑭𝒈 , pasa por
el Centro de Gravedad (C.G.) del
cuerpo y de la Tierra.
El hombre de masa “m” es atraído
por la Tierra, con una fuerza de
módulo:
𝑭𝒈 = 𝒎 . 𝒈
m: masa del cuerpo (kg)
g : módulo de la aceleración de la
gravedad (m/𝑠2
)
Observación:
Si el cuerpo es homogéneo ( distribución uniforme de su masa ),
su C.G. se ubica en el centro geométrico del cuerpo, en su
baricentro o su metacentro, dependiendo de su forma
geométrica:
C.G.

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B ) Fuerza de Tensión (𝑻)
Esta fuerza surge en el interior de las cuerdas, cadenas,
sogas, etc.; cuando se pretende estirarlas o deformarlas
longitudinalmente.
Para dibujarla se debe de realizar un corte imaginario, tal
como se muestra en la cadena:
𝑇
𝑇
La fuerza de tensión, actúa a lo largo de la cuerda y
siempre apuntando al corte imaginario.
NOTA:
Se consideran cuerdas o sogas ideales:
Cuando la masa del cuerpo inextensible, es despreciable.
En tal caso, se demuestra que en cualquier sección recta
de la cuerda o soga, la fuerza de tensión presenta el
mismo módulo.
𝑇
La Tensión es aquel incremento de la fuerza de cohesión
intermolecular que se produce cada vez que se intenta
separar entre sí las moléculas del cuerpo.

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C ) Fuerza Elástica (𝑭𝑬)
Esta fuerza se produce en el interior de aquellos
cuerpos capaces de recuperar sus dimensiones, como
los resortes, cada vez que son deformados por
estiramiento o compresión.
Veamos en el siguiente caso:
𝑙𝑂
𝑥
𝑥
𝐹𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝐹𝐸
𝐹𝐸
Su dirección es tal que siempre se opone a las fuerzas
externas deformadoras y trata de que el resorte recupere
su longitud natural.
𝐹𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝐹𝐸 = 𝑘𝑥
𝒌: constante de rigidez del resorte y depende de las
propiedades elásticas del material (N/m ó N/cm)
𝒙: deformación (m) ó (cm)
(LEY DE HOOKE)
Esta característica fue estudiada por Robert Hooke quien
llegó a establecer que el módulo de la fuerza elástica es
D.P. a la deformación longitudinal:
Se puede verificar a que
medida que aumente la
𝐹𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 mayor es la
deformación y en
consecuencia mayor es el
módulo de la fuerza
elástica.
𝐹𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝑥
𝐹1
𝐹2
𝐹3
𝐹
𝑚𝑎𝑥
𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥𝑚𝑎𝑥
𝒍𝑶: 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑡𝑒
(sin deformar)
𝜃
𝑡𝑎𝑛𝜃 = 𝑘

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D ) Reacción ( 𝑹 ) de una superficie de apoyo:
Esta fuerza surge durante el contacto o apoyo de un
cuerpo sobre otro. Generalmente nos referimos a la
reacción de un plano que sostiene a un cuerpo.
En general, esta fuerza cuantifica el efecto de las
asperezas de ambos cuerpos y la presión normal
durante el contacto.
Por ahora, obviaremos las asperezas en el contacto;
por lo tanto, 𝑹 se graficará en forma perpendicular a
la superficie plana que predomina en el contacto.
𝑅𝑙𝑖𝑠𝑎
𝑅𝑙𝑖𝑠𝑎
Plano liso
Esfera lisa
𝑅𝑙𝑖𝑠𝑎 1
𝑅𝑙𝑖𝑠𝑎 2
El plano tangente que separa a los cuerpos en contacto, es
horizontal; por lo tanto: la reacción del piso horizontal
sobre el paquete de libros, será VERTICAL.

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𝐹
𝑔
𝑅2
C U R S O D E F Í S I C A ( A S M 2 0 2 0 )
Diagrama de cuerpo libre (D.C.L.)
Ejemplo:
Es la representación gráfica de todas las fuerzas externas
que actúan sobre un cuerpo o sobre un sistema físico
que deseamos analizar.
Procedimiento:
➢ Seleccionar convenientemente el cuerpo o sistema.
➢ Aislar imaginariamente al cuerpo o sistema elegido.
➢ Dibujar todas las fuerzas externas sobre el cuerpo o
sistema, verificando el efecto individual que produce
cada fuerza; respetando las direcciones naturales y
puntos de aplicación de cada fuerza y finalmente,
condicionando la concurrencia o paralelismo de
fuerzas si es necesario para sustentar el estado de
equilibrio mecánico o de movimiento acelerado.
Para conocer la cantidad de fuerzas externas en un
D.C.L., NO DEBE DESCOMPONERSE
RECTANGULARMENTE ninguna de las fuerzas actuantes.
𝑅1
𝑇
𝐹
𝑔
𝑅

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𝑣 = 𝑐𝑡𝑒
𝑣 = 0
Reposo MRU
Consideremos los siguientes eventos:
En ambos casos, los cuerpos no presentan
aceleración ( Ԧ
𝑎 = 0).
Ya hemos visto que estos estados físicos,
corresponden al EQUILIBRIO MECÁNICO DE
TRASLACIÓN, el cual a la vez, puede subdividirse
en: Equilibrio Estático ( REPOSO ) y el Equilibrio
Cinético de Traslación ( M.R.U. ).
PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO MECÁNICO
Un cuerpo o un sistema físico se encontrará en
Equilibrio Mecánico de Traslación cuando la fuerza
resultante que lo afecta, es nula; es decir:
Matemáticamente y en forma práctica:

20. w w w . a d u n i . e d u . p e