1
C
O
L
Cuando hacemos un recorrido por una zona comercial vemos algunos edificios nuevos con ciertas formas muy caprichosas, por ejemplo se ve un edificio que parece inclinado: el edificio del banco Interbank en la Vía Expresa, o edificios de quince pisos sostenidos sólo por cuatro columnas y otras obras en las cuales se han aplicado las leyes del equilibrio para poder levantarlos, bastará un pequeño error en un cálculo y la construcción se puede venir abajo. En este capítulo estudiaremos las leyes que hacen posible estas construcciones: las leyes del equilibrio.
3
ESTÁTICA
Int roducción
Concepto de fuerza
Es una magnitud vectorial que se origina como resultado de la interacción entre los cuerpos. La interacción mecánica puede efectuarse entre cuerpos en contacto directo, como entre cuerpos separados.
La fuerza, como elemento fundamental de la mecánica, sirve de medida de la acción mecánica que sobre un cuerpo ejercen otros cuerpos.
La acción mecánica se manifiesta de dos formas:
* Capaz de provocar la variación del estado de movimiento de un cuerpo. * Capaz de ocasionar deformaciones parciales o permanentes en el cuerpo
F
F
Luna
Tierra
F
F
Fig. 1 Entre la Tierra y la Luna existe una interacción mecánica a distancia, representada por la fuerza F.
Estática
Concepto
Es la parte de la Física que estudia las condiciones que un cuerpo debe satisfacer para encontrarse en equilibrio.
Equilibrio
Es aquel estado en el cual un cuerpo se halla en reposo o moviéndose con movimiento rectilíneo uniforme (MRU), con respecto a un observador fijo ubicado en un sistema de referencia inercial, como por ejemplo la Tierra.
Fig. 1 El cuadro y el piano que es elevado a velocidad constante se encuentran en equilibrio.
Primera condición de equilibrio
Si una "partícula" se encuentra en equilibrio, la resultante de fuerzas que actúan sobre él, debe ser nula.
f2 f1
f3
a=0
f1
f2
f3
se cumple:
|R| = |f + f + f | = 01 2 3
OBSERVACIÓN
Para fuerzas horizontales y verticales
f2
f1
f3
f4
Eje horizontal: R = 0x f = f2 4
Eje vertical: R = 0y f = f1 3
R = 0x
R = 0y
R = 0
Unidad de fuerza
Bloque I
1. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda.
I. La Estática es la parte de la Física que estudia a los cuerpos en equilibrio.
II. A toda acción le corresponde una reacción del mismo módulo y de dirección opuesta.
III. Un cuerpo con MRU está en equilibrio.
a) VVF b) VFV c) FVV
d) VVV e) FVF
2. Indicar verdadero (V) o falso (F) respecto a la fuerza.
I. Su unidad en el SI es el newton. II. Es una magnitud vectorial.
III. Sirve como la medida de la acción mecánica que sobre un cuerpo ejercen otros cuerpos.
IV. Mide la interacción de dos cuerpos sólo en contacto.
a) VVFF b) VVVF c) VFVV
d) VVVV e) VVFV
3. Indicar las proposiciones verdaderas:
I. Si un cuerpo se desplaza con MRU se dice que se encuentra en equilibrio cinético.
II. Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre cuerpos diferentes.
III. La oposición al cambio de estado de reposo o de movimiento se denomina inercia.
a) I y II b) Sólo II c) Sólo III d) II y III e) Todas
4. La ley de la inercia fue enunciada anteriormente a Newton por:
a) Copérnico b) Kepler c) Galileo Galilei d) Aristóteles e) Blas Pascal
5. Realice el diagrama de cuerpo libre del bloque.
a) b) c)
d) e)
6. Realice la diagrama de cuerpo libre del bloque.
F
a) b)
F
c) Fd)
F
e) F
7. Si el bloque mostrado pesa 200N y está en equilibrio, ¿cuánto mide la tensión en la cuerda horizontal?
30°
a) 400 N b) 200 c) 200 3
d) 100 e) 100 3
8. En la figura hallar la tensión que soporta la cuerda, si la
esfera pesa 50 3 N.
30°
a) 50 N b) 75 c) 100
d) 200 e) 100 3
9. Si la reacción en la pared vertical mide 60 N, hallar el peso de la esfera.
37°
a) 60 N b) 80 c) 100
d) 45 e) 75
10.Hallar la medida de "F" para mantener al bloque de 800 N en equilibrio. Las poleas son de peso despreciable.
F
a) 100 N b) 200 c) 250
d) 400 e) 50
Bloque II
1. Completar adecuadamente:
La inercia es una ... de la materia que nos indica la ... que ofrecen los cuerpos cuando se les quiere cambiar de estado de reposo o ...
a) propiedad - fuerza - MRU
b) característica - oposición - movimiento c) propiedad - oposición - MRUV
d) propiedad - oposición - MRU e) medida - masa - movimiento
2. A la primera ley de Newton también se le conoce como la ley de la:
a) fuerza b) masa c) inercia d) atracción e) gravedad
3. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:
I. Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre el mismo cuerpo.
II. La tensión es una fuerza que aparece en cuerdas y cadenas estiradas.
III. Un diagrama de cuerpo libre muestra las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
a) FVV b) VVV c) VFV
d) VVF e) VFF
4. ¿Cuál es el diagrama de cuerpo libre del nudo "A"?
A
a) b) c)
d) e)
5. Realice el diagrama de cuerpo libre de la esfera lisa.
a) b) c)
d) e)
6. Hallar la medida de "F" para que la cuerda forme 53º con la vertical. El bloque pesa 150 N.
F
53°
a) 200 N b) 150 c) 250
d) 75 e) 300
7. ¿Cuál es el valor de la fuerza "F" si el bloque pesa 200 N y se encuentra en equilibrio?
37° F
a) 150 N b) 200 c) 250
8. Si cada esfera pesa 200 N, ¿cuál es la fuerza de interacción entre ellas?
53°
liso
a) 150 N b) 180 c) 200
d) 250 e) 300
9. Hallar la medida de la tensión en la cuerda "A", si el bloque pesa 150 N.
A
37° 53°
B
a) 80 N b) 90 c) 120
d) 150 e) 300
10.Si el sistema se encuentra en equilibrio. Hallar el peso del bloque "B", si los bloques "A" y "C" pesan 30 N y 50 N respectivamente.
A
B
C
60°
a) 10 N b) 20 c) 30
d) 50 e) 70
Bloque III
1. ¿Cuál es el diagrama de cuerpo libre del bloque "A"?
A
B
a) b) c)
d) e)
2. Calcular el mínimo valor del módulo de la fuerza "F" capaz de mantener a la esfera de 10 kg en la posición mostrada.
(g = 10m/s2)
F
37°
a) 75 N b) 60 c) 80
d) 120 e) 150
3. ¿Qué fuerza mínima "F" aplicada horizontalmente en el eje de la rueda de 20 kg es necesaria para levantar la rueda sobre el obstáculo de 5 cm de altura? El radio de la rueda es de 25 cm (g = 10m/s2)
F
5cm
a) 150 N b) 120 c) 180
d) 100 e) 250
4. Un cuerpo de 0,5 kg de masa esta sobre el plato de una balanza y sufre la acción de una fuerza F, la cual no es suficiente para moverlo. En esta situación la balanza indica 3 N. ¿Cuál es la intensidad de la fuerza F? (g = 10m/s2)
53° F
a) 0,5N b) 1,5 c) 2,0
5. Para que un bloque de cierta masa se encuentre en equilibrio se ejerce una fuerza de 80 N en el extremo de la cuerda "1". ¿Cuál será la masa del bloque si la tensión en el cable "2" es de 35 N?
2 1
a) 2,5 kg b) 3,5 c) 6,5
d) 5,5 e) 4,5
6. Si la figura se encuentra en equilibrio encontrar el valor de "F"; (W=300 N)
W 37° F
a) 500 N b) 400 c) 300
d) 200 e) F.D.
7. Hallar la normal de la pared vertical, si el peso de la esfera es 8 N.
45°
a) 2 N b) 4 c) 6
d) 8 e) 10
8. Si el sistema mostrado se encuentra en equilibrio y sabiendo que la tensión en la cuerda horizontal es 8 N, determinar la tensión en la cuerda indicada. Q = 2 P = 4 N.
P
Q
a) 10 N b) 12 c) 20
d) 24 e) 30
9. Hallar "F" si el peso del bloque es 8 N.
37°
37°
a) 5 N b) 5 3 c) 2 3
d) 10 e) 10 3
10.Suponiendo que no existe rozamiento, ¿cuál debe ser el peso del bloque para que éste ascienda a velocidad constante?
3
0
°
F=100N
a) 50 3N b) 50 c) 100
d) 50 3
2 e)
