En las prácticas anteriores nos hemos referido a las fuerzas que actúan en un solo punto donde existe un equilibrio traslacional

INTRODUCCIÓN.

En las prácticas anteriores nos hemos referido a las fuerzas que actúan en un solo punto donde existe un equilibrio traslacional cuando la suma vectorial es cero. Sin embargo, en muchos casos las fuerzas que actúan en un solo objeto no tienen un punto de aplicación común. Este tipo de fuerzas se llaman no concurrentes. Por ejemplo, un mecánico ejerce una fuerza en la manera de una llave para apretar un perno, un carpintero utiliza una palanca larga para extraer la tapa de una caja de madera. Un ingeniero considera las fuerzas de torsión que tienden a arrancar una viga de la pared. El volante de un automóvil gira por el efecto de fuerzas que no tienen un punto de aplicación común. En casos como éstos, puede haber una tendencia a girar que se define como momento de torsión.

Como ya sabemos si todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienen un solo punto de intersección y si su suma vectorial es igual a cero, el sistema debe estar en equilibrio. Cuando sobre en un cuerpo actúan fuerzas que no tienen una línea de acción común, tal vez exista equilibrio traslacional pero no equilibrio rotacional. En otras palabras, quizá no se mueva ni a la derecha ni a la izquierda, tampoco hacia arriba ni hacia abajo, pero puede seguir girando. Al estudiar el equilibrio debemos tomar en cuenta el punto de aplicación de cada fuerza además de su magnitud.

Para lograr el equilibrio rotacional la suma algebraica de todos los momentos de torsión respecto a cualquier eje debe ser cero, esto es:

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Otro concepto que cabe mencionar, es el concepto de brazo de palanca y la definición de línea de acción de una fuerza.

El brazo de palanca, es la distancia perpendicular del eje de rotación a la línea de acción de la fuerza, el cual determina la eficacia de una fuerza dada para provocar el movimiento rotacional.

La línea de acción de una fuerza es la línea imaginaria se extiende indefinidamente a lo largo del vector en ambas direcciones. Cuando las líneas de acción de las fuerzas no se intersecan en un mismo punto, puede haber rotación respecto a un punto llamado eje de rotación.

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CUESTIONARIO.

1. Explique la situación de equilibrio exhibida por el disco en el experimento de las ACTIVIDADES PARTE I, apoye sus razonamientos en los productos realizados

El sistema se encuentra en equilibrio ya que la suma de los momentos efectuados por cada fuerza es cero (con un margen de error mínimo debido a la resolución del aparato de medición) y por lo tanto no se produce ningún efecto de rotación en el sistema, esto es posible ya que para el caso del peso y la fuerza aplicada para el equilibrio estas están a la misma distancia con respecto al punto O (que es el centro de la polea) y por ello tienen el mismo brazo de palanca, por lo que al calcular el momento de ambas fuerzas se obtienen magnitudes similares en ambos , y ya que un momento tiene sentido horario y el otro no, al efectuar la suma de estos se obtiene una suma casi igual a cero por lo que se comprueba que al ser el momento resultante igual (o en este caso cercano) a cero, no debe existir rotación alguna.

2.  Referente al experimento de las actividades PARTE II ¿Cómo se explica la situación de equilibrio exhibida por el disco, en cada caso? Diga en qué papel desempeña la ubicación de las fuerzas de dicha situación de equilibrio.

• En el caso 1, al igual que en la actividad 1 el sistema se encuentra en equilibrio ya que la suma de los momentos es cero ( con un error mínimo) y por lo tanto no produce ningún efecto de rotación en el sistema, sin embargo, cabe mencionar que a diferencia de la actividad 1, la línea de acción de las fuerzas no se encuentran a la misma dirección, una se encuentra a una distancia menor que la otra y sin embargo existe un equilibrio, esto se debe a que entre más se acerque una fuerza al eje de rotación (Punto “O”) el momento disminuye o entre otras palabras el efecto rotacional va disminuyendo, de esa manera mientras en un lado del eje de rotación se aplica una fuerza e magnitud mayor en el otro lado se tendrá que aplicar una fuerza de magnitud menor para encontrar el equilibrio.

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En la figura se puede ver claramente que en el lado izquierdo del punto “o” se aplica una fuerza de mayor magnitud a una distancia de 3cm por lo que el lado izquierdo se necesitará una menor magnitud en el mismo sentido a una distancia de 8 cm para encontrar el equilibrio.

• En el caso 2 al igual que en el caso uno el sistema se encuentra en equilibrio ya que la suma de los momentos es cero (con el error mínimo) y por lo tanto no produce ningún efecto de rotación en el sistema, sin embargo, es similar al caso 1 a diferencia de que ahora en el lado derecho del punto de rotación (Punto “O”) la misma fuerza W=1.956 N se encuentra a una distancia de 10 cm por lo que podemos intuir que en el lado izquierdo se necesitará una fuerza de mayor magnitud para lograr el equilibrio.

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3. Compare los valores F1 y F2 de las ACTIVIDADES PARTE III, y haga comentarios al respecto de la diferencia que se haya obtenido.

Las fuerzas obtenidas presentaron una variación considerable, debido a que la primera fuerza presentaba  0.7 N y la segunda 2.5 N (variación de 1.8 N) a pesar de tener el mismo peso, esto debido a la distancia a partir del origen a la cual se encuentran las diversas fuerzas, además también de no encontrarse ambas sobre una misma línea de acción, deduciendo esto mediante la fórmula de momentos de giro que nos describe que la fuerza del momento de giro presentado será igual a la fuerza aplicada (la que actúa gracias al peso) por la distancia a la que se encuentra la fuerza aplicada; por lo que la diferencia de distancias en este caso expresa también la diferencia presentada en la aplicación de las fuerzas.  

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