Equilibrio Mecánico

¡Hola querida comunidad de Hive! Es un placer saludarles nuevamente y poder compartir una publicación. El día de estaremos desarrollando un tema de continuidad al anterior, se trata del equilibrio.

Es algo muy usual pensar que un objeto se encuentra en equilibrio solo cuando está en estado de reposo. En física, pues esta idea se extiende a cuerpos que se muevan o trasladen con un movimiento uniforme, de allí podemos resaltar lo siguiente: Un objeto rígido está en equilibrio mecánico cuando permanece estático, se traslada linealmente con velocidad uniforme o rota con velocidad lineal constante (recorre ángulos iguales en tiempos iguales). Figuera (2009).

Esta definición presenta tres aspectos fundamentales a considerar. Cuando un cuerpo rígido no se mueve; es decir, permanece estático, la fuerza neta o resultante sobre el mismo es igual a cero. Se dice entonces, que el objeto está en un equilibrio estático; un ejemplo de dicha situación la podemos observar en un cuadro que cuelga de una pared o un computador que descansa sobre un escritorio.

Si consideramos el caso del cuadro que cuelga en la pared, se puede decir, que su peso está equilibrado por las fuerzas ejercidas por las cuerdas que lo sujetan. De igual manera, el peso del computador es contrarrestado por la fuerza que ejerce la mesa sobre el mismo; en ambos casos los cuerpos ni rotan ni se trasladan.

Ahora bien, si analizamos el caso de un cuerpo en movimiento de traslación, se pueden presentar dos situaciones distintas. Si la fuerza resultante no es igual a cero, el cuerpo acelera de acuerdo a la segunda ley de Newton (a = F/m). Si, por el contrario, la fuerza resultante es nula, el cuerpo se mueve con velocidad constante y puede decir que se encuentra en equilibrio traslacional. Si prestamos atención a la imagen que se presenta a continuación, podemos ver que se aplican dos fuerzas F de igual magnitud y dirección al bloque del dibujo, de manera que dichas fuerzas balancean a la fuerza de fricción Fµ, el bloque se moverá a velocidad constante.

Al tener que Fr = 0, la aceleración del bloque es también igual a cero y por lo tanto el movimiento traslacional es uniforme.

Una tercera condición la vemos en la siguiente imagen. En este caso, la suma vectorial de las fuerzas horizontales es igual a cero; sin embargo, por tratarse de fuerzas opuestas pero de igual magnitud, sistema al que usualmente se le denomina par de fuerzas, el cuerpo tiende a rotar. Esto nos indica que la condición Fr = 0 no garantiza que el objeto no se mueva. Si al girar, lo hace con velocidad constante, se dice que el cuerpo está en equilibrio rotacional. Para que la tercera condición se pueda cumplir, es necesario que la suma algebraica de los momentos de torsión de las fuerzas que actúan sobre un objeto sea igual a cero.

Entonces para que un cuerpo rígido esté en equilibrio mecánico, se deben cumplir las siguientes condiciones:

1) La fuerza resultante sobre el objeto debe ser nula. Esto se expresa, matemáticamente, de la siguiente manera:

2) La suma algebraica de los momentos de torsión de las fuerzas aplicadas debe ser nula:

Después de este breve resumen sobre el equilibrio mecánico, podemos resaltar los siguientes hallazgos:

• El contenido de equilibrio mecánico es de gran importancia para carreras de ingeniería, arquitectura topografía, mecánica automotriz, medicina y deportes.
• Un cuerpo se halla en equilibrio en un sistema inercial cuando la aceleración de su centro de masas es nula (equilibrio traslacional)
• Para que un cuerpo posea equilibrio mecánico, tampoco debe tener aceleración angular (equilibrio rotacional).
• Si el cuerpo a estudiar un cuerpo con movimiento uniforme, es decir, con velocidad constante, hablamos de un equilibrio dinámico. si por el contrario el cuerpo está en reposo se encuentra en equilibrio estático.

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I. México: International Thomson Editores, S.A

Nota: Todos los diagramas y ecuaciones presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.