Estática de partículas

Estática de partículas

Parte de la mecánica que analiza condiciones de equilibrio de un cuerpo, partícula o sistema de partículas, se basa en las leyes de la fuerza y del movimiento de Newton, o comúnmente conocidas como “Leyes de Newton”.

La experiencia muestra que si un cuerpo se pone en ciertas condiciones de interacción con otros cuerpos se pueden obtener:

a) El reposo o equilibrio con respecto a un sistema de referencia, es decir, la estática, del griego staticos (equilibrio). b) El movimiento, es decir, la dinámica, del griego dynamis (fuerza).

Las cuatro cantidades siguientes se utilizan en el equilibrio:

Longitud:

La longitud es necesaria para ubicar un punto en el espacio y de esta forma describir el tamaño de un sistema físico. Una vez que se define una unidad estándar de longitud, puede definirse cuantitativamente distancias y propiedades geométricas de un cuerpo como múltiplos de esa unidad de longitud.

Tiempo:

El tiempo se concibe como una sucesión de eventos. Aunque los principios de la Estática son independientes del tiempo, esta cantidad definitivamente juega un papel importante en el estudio de la Dinámica.

Masa:

La masa es una propiedad de la materia por la cual podemos comparar la acción de un cuerpo con la de otro. Esta propiedad se manifiesta como una atracción gravitacional entre dos cuerpos y proporciona una medida cuantitativa de la resistencia que presenta la materia al cambio de velocidad.

Fuerza:

En general, la fuerza es considerada como un “jalón” o “tirón” ejercido por un cuerpo sobre otro. Esta interacción puede ocurrir cuando existe un contacto directo entre los cuerpos, por ejemplo, una persona empujando sobre una pared. Puede presentarse también a lo largo de una distancia determinada cuando los cuerpos se separan físicamente.

Partícula:

Una partícula posee masa pero de tamaño poco significativo. Por ejemplo, el tamaño de la Tierra es insignificante comparado con el tamaño de su órbita, y por lo tanto la Tierra se puede tomar como una partícula cuando se estudia su movimiento orbital en un modelo.

Cuerpo Rígido:

Un cuerpo rígido puede ser considerado como un conjunto formado por un gran número de partículas que permanecen separadas entre sí por una distancia fija antes y después de aplicar la carga. Como resultado, las propiedades del material de que está hecho cualquier cuerpo que se suponga rígido no se tendrá que considerar cuando se analicen las fuerzas que actúan sobre éste.

Fuerza Concentrada:

Una fuerza concentrada representa el efecto de una carga la cual se supone que actúa en algún punto de un cuerpo. Podemos representar este efecto por medio de una fuerza concentrada, siempre y cuando el área sobre la cual se aplica la carga sea relativamente pequeña comparada con el tamaño del cuerpo.

Ejercicio: ¿La estática de la partícula se refiere a? 1. La energía almacenada. 2. La condición de equilibrio. 3. La posición de reposo.

Cuerpos rígidos

En Mecánica, se considera un cuerpo rígido a un sistema de partículas tal que las distancias entre ellas no varían.

Para la mayoría de los cuerpos sólidos en condiciones ordinarias los cambios de forma y tamaño son lo suficientemente pequeños para que puedan despreciarse

Por lo tanto, un cuerpo sólido es aquel objeto o sistema que no sufre deformaciones por efecto de fuerzas externas, es decir, un sistema con partículas cuyas posiciones no cambian.

Sin embargo, las estructuras y máquinas reales nunca son totalmente rígidas y se deforman por la acción de cargas que actúan sobre ellas.

Un cuerpo rígido es una idealización, que se emplea para efectos de estudios de Cinemática, ya que esta rama de la Mecánica, únicamente estudia los objetos y no las fuerzas exteriores que actúan sobre ellos.

La mecánica de un cuerpo rígido es aquella que estudia el movimiento y equilibrio de sólidos materiales ignorando sus deformaciones.

Se trata, por tanto, de un modelo matemático útil para estudiar una parte de la mecánica de sólidos, ya que todos los sólidos reales son deformables.

Existen cinco tipos generales de movimiento de un sólido rígido: traslación, rotación alrededor de un eje fijo, movimiento plano general, rotación en torno a un punto fijo y movimiento general.

Una fuerza aplicada sobre un cuerpo rígido puede ser reemplazada por cualquier otra fuerza que tenga la misma intensidad y el mismo sentido y la misma dirección que la fuerza original y que se aplique sobre cualquier punto de su línea de acción.

A esto se le llama Principio de Transmisibilidad.

Una fuerza aplicada sobre un cuerpo rígido puede ser reemplazada por cualquier otra fuerza que tenga la misma intensidad y el mismo sentido y la misma dirección que la fuerza original y que se aplique sobre cualquier punto de su línea de acción.

a esto se le lllama Principio de Transmisibilidad.

El momento de una fuerza se calcula cómo el producto vectorial entre la fuerza aplicada y el vector.

Sin embargo en muchas ocasiones el punto de aplicación de la fuerza no coincide con el punto de aplicación en el cuerpo.

En este caso la fuerza actúa sobre el objeto y su estructura a cierta distancia, mediante un elemento que traslada esa acción de esta fuerza hasta el objeto.

Distancia que va desde el punto para el cual calculamos el momento (eje por el cual el cuerpo giraría) hasta el punto en dónde se aplica la fuerza.

También recibe el nombre de torque.

Un sólido rígido realiza un movimiento de rotación cuando sus partículas describen circunferencias alrededor de una recta llamada eje de rotación.

Para caracterizar el estado de rotación de un cuerpo recurrimos en Física a su momento angular.

Sabemos que para cambiar el momento angular, es decir, el estado de rotación del cuerpo, es necesario que actúe una fuerza que genere un momento respecto a un punto o eje de rotación.