Resistencia de materiales,clasificaciones generales de las fuerzas

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  La definición básica de una fuerza no cambia si la misma actúa sobre un punto o sobre un cuerpo rígido. Sin embargo, sus efectos pueden variar según factores como el punto de aplicación o la línea de acción de la fuerza. En consecuencia, los cálculos que involucran fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido suelen ser más complicados que las situaciones en las que la fuerza actúa sobre un cierto punto. A continuación, se examinarán algunas de las clasificaciones generales de las fuerzas que actúan sobre cuerpos rígidos.

3.1A Fuerzas externas e internas

Las fuerzas que actúan sobre los cuerpos rígidos se pueden dividir en dos grupos: 1) fuerzas externas y 2) fuerzas internas.

1. Las fuerzas externas son aquellas que ejercen otros cuerpos sobre el cuerpo rígido en consideración. Son las responsables del comportamiento externo del cuerpo rígido, ya que producen que el cuerpo se mueva o aseguran que éste permanezca en reposo. En el presente capítulo y en los capítulos 4 y 5 se considerarán sólo las fuerzas externas.

2. Las fuerzas internas mantienen unidas las partículas que conforman al cuerpo rígido. Si éste está constituido en su estructura por varias partes, las fuerzas que mantienen unidas a dichas partes también se definen como fuerzas internas. Las fuerzas internas se estudiarán en los capítulos 6 y 7.

Como ejemplo de fuerzas externas, considérense las fuerzas que actúan sobre un camión descompuesto que es arrastrado hacia delante por tres hombres mediante una cuerda unida a la defensa delantera (figura 3.1a). Las fuerzas externas que actúan sobre el camión se muestran en un diagrama de cuerpo libre(fıgura 3.1b). Obsérvese que este diagrama de cuerpo libre muestra el objeto entero, no sólo una partícula en representación del mismo. En primer lugar, se debe considerar el peso del camión. A pesar de que el peso representa el efecto de la atracción de la Tierra sobre cada una de las par tículas que constituyen al camión, éste se puede representar por medio de una sola fuerza W. El punto de aplicación de esta fuerza, esto es, el punto en el que actúa la fuerza, se defıne como el centro de gravedad del camión. (En el capítulo 5 se verá cómo se pueden determinar los centros de gravedad.) El peso W hace que el camión se desplace hacia abajo. De hecho, si no fuera por la presencia del suelo, el peso podría ocasionar que el camión se moviera hacia abajo, esto es, que cayera. El piso se opone a la caída del camión por medio de las reacciones R1 y R2. Estas fuerzas son ejercidas por el suelo sobre el camión y, por tanto, deben ser incluidas entre las fuerzas externas que actúan sobre el camión. Los hombres ejercen la fuerza F al tirar de la cuerda. El punto de aplicación de F está en la defensa delantera. La fuerza F tiende a hacer que el camión se  mueva hacia delante en línea recta y, en realidad, logra moverlo puesto que no existe una fuerza externa que se oponga a dicho movimiento. (Para simplificar, en este caso se ha ignorado la oposición al movimiento.) Este movimiento del camión hacia delante, donde cada línea recta mantiene su orientación original (el suelo del camión permanece horizontal y sus lados se mantienen verticales), se conoce como traslación. Otras fuerzas podrían ocasionar que el camión se moviera en forma diferente. Por ejemplo, la fuerza ejercida por un gato colocado debajo del eje delantero podría ocasionar que el camión rotara alrededor de su eje trasero. Este movimiento es una rotación. Por tanto, se puede concluir que cada una de las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo rígido puede ocasionar un movimiento de traslación, rotación o ambos, siempre y cuando dichas fuerzas no encuentren alguna oposición

P., F. , Russell, E. (2017). Mecánica vectorial para ingenieros. Estática.(11a. ed.) McGraw-Hill Interamericana. Página 72. Tomado de http://ezproxy.cuc.edu.co:2264

Las leyes de Newton son relaciones entre los movimientos de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos. La primera ley de Newton expresa que existen los marcos de referencia llamados inerciales con respecto a los cuales un cuerpo en reposo permanece en reposo y un cuerpo en movimiento sigue en movimiento a la misma velocidad en una trayectoria recta cuando la fuerza neta que actúa sobre él es cero. Por lo tanto, un cuerpo tiende a mantener su estado de inercia. La segunda ley de Newton expresa que la aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él y es inversamente proporcional a su masa. La tercera ley de Newton expresa que cuando un cuerpo ejerce una fuer-za sobre un segundo cuerpo, este último ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero. Por lo tanto, la dirección de una fuerza de reacción depende del cuerpo tomado como sistema. Para un cuerpo rígido de masa m, la segunda ley de Newton se expresa como:

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