Equipo 9

Dulce Rebollo Partida, Jose Adolfo Velasquez Fiel, Fernanda Ayon, Jose Alfredo Valenzuela Leyva, Sergio Rocha Venegas

Equilibrio

 

1. Se denomina equilibrio al estado en el cual se encuentra un cuerpo cuando las fuerzas que actúan sobre el se compensan y anulan recíprocamente. Cuando un cuerpo está en equilibrio estático, si se lo mantiene así, sin ningún tipo de modificación, no sufrirá aceleración de traslación o rotación, en tanto, si el mismo se desplaza levemente, pueden suceder tres cosas: que el objeto regrese a su posición original (equilibrio estable), el objeto se aparte aún más de su posición original (equilibrio inestable) o que se mantenga en su nueva posición (equilibrio indiferente o neutro).

 

 

 

Tipos de Equilibrio

El equilibrio puede ser de tres clases: estable, inestable e indiferente. Si un cuerpo esta suspendido, el equilibrio sera estable si el centro de gravedad esta por debajo del punto de suspension; inestable si esta por encima, e indiferente si coinciden ambos puntos. Si un cuerpo esta apoyado, el equilibrio sera estable cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad caiga dentro de su base, e indiferente cuando la base de sustentacion sea tal que la vertical del centro de gravedad pase siempre por ella.

Equilibrio Inestable: Un punto es de equilibrio inestable, si la segunda derivada de la energia potencial es menor a 0 y por lo tanto la energia potencial tiene un maximo local.

 

Equilibrio Indiferente o Neutral:Un punto es de equilibrio indiferente o neutral, si la segunda derivada = 0, entonces encontramos una región donde la energía no varía. Así si el sistema es desplazado de la posición de equilibrio una cantidad suficientemente pequeña, posiblemente no volverá a acercarse al equilibrio pero tampoco divergirá mucho de la posición anterior de equilibrio.

 Equilibrio Estable: Un punto es de equilibrio estable si la segunda derivada > 0 y por tanto la energía potencial tiene un mínimo local. La respuesta del sistema frente a pequeñas perturbaciones o un alejamiento arbitrariamente pequeño de del punto de equilibrio es volver u oscilar alrededor del punto de equilibrio. Si existe más de un punto de equilibrio estable para un sistema, entonces se dice que cualquiera de ellos cuya energía potencia es mayor que el mínimo absoluto representa un estado meta estable.

1a Condicion de Equilibrio.

La primera condicion de equilibrio dice que "Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si la fuerza resultante de todas las fuerzas externas que actúan sobre él es nula."

Cuando un cuerpo está en equilibrio, la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero. En este caso, Rx como Ry debe ser cero; es la condición para que un cuerpo esté en equilibrio:

                                                              

Cuando se estudio la primera ley de Newton, llegamos a la conclusión de que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza externa, este permanece en reposo en un movimiento rectilíneo uniforme. Pero sobre un cuerpo pueden actuar varias fuerzas y seguir en reposo en un movimiento rectilíneo uniforme. Hay que tener en cuenta, que tanto para la situación de reposo, como para la de movimiento rectilíneo uniforme la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es igual a cero.

Consideremos un objeto que cuelga de una cuerda, como se muestra en la figura. Sobre el objeto actuan dos fuerzas: una de ellas es la tension de la cuerda que impide que el objeto caiga, la otra es la fuerza de gravedad, la cual actua sobre el objeto atrayendolo hacia abajo, a dicha fuerza la definimos como el peso del objeto.

En resumen tenemos que: Σ f = 0

 

Equilibrio Traslacional

Un cuerpo se encuentra en equilibrio traslacional cuando la sumatoria de todas las componentes en X es igual a 0 y todas las componentes en Y es igual a 0.
Cuando un cuerpo esta en equilibrio traslacional no tiene fuerza resultante actuando sobre el.

EJEMPLO DE PROBLEMA DE APLICACIÓN:

Una caja de 8 N está suspendida por un alambre de 2 m que forma un ángulo de 45° con la vertical. ¿Cuál es el valor de las fuerzas horizontal y en el alambre para que el cuerpo se mantenga estático?.
Primero se visualiza el problema de la siguiente manera:

A continuación se elabora su diagrama de cuerpo libre.

Ahora por medio de la descomposición de los vectores, calculamos lafuerza de cada uno de ellos.

F_1x = - F₁ cos 45°*
F_1y = F₁ sen 45°
F_2x = F₂ cos 0° = F2
F_2y = F₂sen0°=0
F_3x = F₃cos90°=0
F_3y = - F₃ sen 90° = - 8 N*

Porque los cuadrantes en los que se localizan son negativos.

Como únicamente conocemos los valores de F₃, F₂ y la sumatoria debe ser igual a cero en x e y, tenemos lo siguiente:

EF_x=F_1x+F_2x+F_3x=0

EF_y=F_1y+F_2y+F_3y=0

Por lo tanto tenemos lo siguiente:

EF_x=-F₁ cos 45+F₂=0
          F₂=F₁(0.7071)
EF_y=-F₁sen45-8N=0
          8N=F₁(0.7071)
          F₁=8N/0.7071=11.31 N

Para calcular F₂, se sustituye F₁ de la ecuación siguiente:

F₂=F₁(0.7071)
F₂=11.31(0.7071)=8N