jueves, 22 de noviembre de 2018
miércoles, 21 de noviembre de 2018
Guía didáctica: Equilibrio y centro de gravedad
Institución:
Docentes: Luis Fernando Posada M.
Área: Ciencias naturales Grado: 10º
Asignatura: Física
Objetivo:
Demostrar cualitativamente el equilibrio que puede existir en los cuerpos, determinando su punto de aplicación o baricentro.
Introducción:
Muchos eventos de la vida cotidiana tienen que ver con la existencia del EQUILIBRIO. Este equilibrio se observa en toda la naturaleza, al caminar, al construir un puente, al conducir una motocicleta o bicicleta y muchos otras cosas más.
Para realizar la siguiente actividad, es necesario tener los siguientes materiales: Dos reglas de diferente longitud, un lápiz, un soporte o punto de apoyo y diferentes cuerpos regulares como borradores, libros entre otros.
¿Cómo lo haremos?
Se debe colocar una de las reglas sobre el soporte y buscar encontrar un punto exacto donde se equilibre. Una vez que encuentres dicho punto. Observa que pasa. ¿Crees que sí se mueve un poco la regla a la derecha o a la izquierda, esta seguirá en equilibrio? Experiméntalo.
¿Qué pasará si se coloca en uno de los extremos de la regla un borrador? Observa con mucha atención.
Compara ambos resultados. ¿Qué explicación física encuentras?
El resultado obtenido es.....que si se coloca un cuerpo en uno de los extremos de la regla, el punto de apoyo también se debe mover. ¿Por qué crees que pasa esto?
Existen muchos curiosos equilibrios de objetos cuyo centro de gravedad cumple con esa condición, el de la Torre de Pisa es el más conocido. Cuando manipulamos cuerpos suspendidos, también podemos conseguir equilibrios interesantes siempre que el centro de gravedad y el de suspensión o punto de apoyo se encuentren en la misma línea vertical.
De la gráfica, se puede ver que en los extremos hay masas diferentes. ¿Cómo crees que se logrará el equilibrio? ¿Las masas deben ser iguales para equilibrarse? Piensa lógicamente.
De la gráfica: ¿Hacia donde se moverá la regla? ¿Por qué? ¿Qué se produce entonces en el cuerpo? ¿Cómo sería este movimiento?
Sí de todas las fuerzas que actúan sobre la regla, ninguna hace que se pierda el equilibrio, entonces ¿Cómo se llamará este tipo de equilibrio? ¿Por qué? ¿Qué pasa entonces con todas las fuerzas del cuerpo?
Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, producen dos tipos de equilibrio, el de traslación y el de rotación.
El punto de apoyo y el de equilibrio no son iguales.
Para concluir, ¿Qué es entonces el EQUILIBRIO? Observa muy bien la gráfica
Veamos algunas imágenes de la naturaleza que se encuentran en equilibrio:
Figura uno
Veamos algunas imágenes de la naturaleza que se encuentran en equilibrio:
Figura uno
Figura dos
Figura tres
martes, 20 de noviembre de 2018
Estática
Es una rama de
la mecánica que se
encarga de examinar todas las
condiciones que deben satisfacer las fuerzas,
para que al obrar sobre los cuerpos
produzcan una situación de EQUILIBRIO.
Este equilibrio puede
ser mecánico, y se puede observar en
el movimiento de una partícula. Sí la partícula permanece en REPOSO o se mueve con VELOCIDAD CONSTANTE, su aceleración
es cero y la resultante de todas las fuerzas (Sumatoria) que obran sobre ésta partícula es cero, por lo tanto podemos decir que la partícula se encuentra
en EQULIBRIO MECÁNICO. Por ejemplo:
En la gráfica anterior se puede observar que la barra está en equilibrio, por lo
tanto se debe cumplir:
F 1 + F2 +
F3 =
0
de donde F 1 = F2
+ F3 para que la barra rígida esté en una
situación de equilibrio, además se cumple que la aceleración
es nula.
En el movimiento de un cuerpo
rígido se puede dar un movimiento de rotación y de traslación, por lo tanto si el cuerpo permanece
en estado de reposo o se mueve con
una velocidad lineal o angular constante,
su aceleración es nula, entonces la resultante de todas las FUERZAS y de todos los MOMENTOS de FUERZA que
obran sobre el cuerpo es nula, lo
que significa que el cuerpo está en EQUILIBRIO
MECÁNICO.
Como conclusión se puede decir que para que un cuerpo
se encuentre en EQUILIBRIO MECÁNICO debe cumplir que:
- La
aceleración lineal es nula, es decir igual a cero.
- La
sumatoria de
todas las
fuerzas que actúan
sobre el cuerpo es cero.
Para que un cuerpo esté en equilibrio mecánico necesita un equilibrio en la traslación y un equilibrio en la
rotación, así:
Equilibrio de traslación
Para que un cuerpo rígido esté en
equilibrio de traslación la aceleración lineal
debe ser cero, por lo
tanto la sumatoria de todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo
en equilibrio es cero, es decir:
Equilibrio de rotación
Para que un
cuerpo rígido esté en equilibrio
de rotación es necesario que su aceleración
angular sea igual a cero
(nula), por lo tanto la sumatoria de todos
los momentos de fuerza o TORQUES externos en el cuerpo en equilibrio
es cero, es decir:
Un cuerpo está en reposo cuando la velocidad lineal es cero.
Un cuerpo está en equilibrio cuando su aceleración lineal y su aceleración angular son nulas (iguales a cero).
La aceleración lineal produce TRASLACIÓN.
La aceleración angular produce ROTACIÓN.
Veamos algunas imágenes de la vida diaria que producen ROTACIÓN
Centro
de gravedad o baricentro (Cg)
Todos los cuerpos se componen de partículas,
sobre cada partícula la tierra ejerce una atracción
gravitacional vertical hacia abajo, que es el peso de cada partícula. Los
pesos de las partículas son fuerzas paralelas cuya resultante es igual al peso total del cuerpo y cuyo punto de aplicación recibe el nombre de Cg o BARICENTRO.
Para hallar el centro
de gravedad o baricentro de un
cuerpo es muy importante identificar la forma que tiene el cuerpo.
Los cuerpos pueden ser REGULARES
o IRREGULARES.
En los cuerpos de
forma REGULAR y material homogéneo,
el centro de gravedad (Cg) coincide con el centro geométrico. Por ejemplo:
En los cuerpos de forma IRREGULAR el
centro de gravedad (Cg ) o BARICENTRO se halla de la siguiente
forma:
Se suspende el cuerpo de un punto cualquiera y se traza
una línea vertical; después se suspende de otro punto y de allí se traza otra
línea vertical. El punto donde se cortan las dos líneas verticales es el Cg o BARICENTRO.
Para que un cuerpo
esté en equilibrio es necesario
que la línea vertical que pasa por su centro
de gravedad Cg atraviese el punto de
apoyo.
Veamos algunos videos del equilibrio en los cuerpos:
Video uno
Veamos algunos videos del equilibrio en los cuerpos:
Video uno
Video dos
Video tres
Vídeo cuatro
lunes, 19 de noviembre de 2018
Guía didáctica: Giros, momentos o torques
Institución:
Docentes: Luis
Fernando Posada M.
Área: Ciencias
naturales Grado: 10º
Asignatura:
Física
Objetivo:
Demostrar cualitativamente que nuestras habilidades como equilibristas
dependen de la longitud y de la distribución del peso en un objeto.
Introducción:
¿Cómo lo haremos?
Coloca la regla sobre el soporte y busca encontrar su
centro de gravedad, de tal manera
que esta se equilibre. Una vez que
encuentres dicho punto. Observa que
pasa. ¿Crees que la
regla puede rotar a la izquierda o a
la derecha? ¿Qué pasará si se le aplica una fuerza en uno de los extremos?
Pruébalo.
¿Qué pasará si se coloca en uno de los extremos de la regla un borrador? Observa con mucha atención.
Compara ambos resultados. ¿Qué explicación física encuentras?
Dibuja todas las fuerzas que
actúan sobre la regla en ambos casos.
El
resultado obtenido es.....que si se coloca un cuerpo en uno de los
extremos de la regla o si se aplica una fuerza, la regla rotará en un
sentido, produciendo un giro, por lo tanto se perderá el equilibrio estático. ¿Por
qué crees que pasa esto?
De la gráfica, se puede ver que en los extremos hay masas diferentes. ¿Crees que estas producen la
misma rotación? ¿Por qué? Piensa lógicamente. Dibuja las diferentes fuerzas
que actúan en cada extremo de la regla. ¿Sí se aplica una fuerza en la dirección del punto de
apoyo, la regla rotará? ¿Por qué?
No todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, producen ROTACIONES. Pruébalo.
Los giros o ROTACIONES,
dependen de la fuerza y la distancia de aplicación con respeto al
punto de apoyo.
domingo, 18 de noviembre de 2018
Momento de fuerza
El TORQUE se utiliza para producir en el
cuerpo un movimiento de rotación y podemos definirlo como el producto de la fuerza por la perpendicular que va del eje (punto de apoyo) a la fuerza (línea de acción de la fuerza).
Esta línea de
acción de la fuerza es la prolongación de la fuerza que se aplica al
cuerpo. La línea perpendicular
se llamará BRAZO (B).
Veamos algunos videos de torques en la vida diaria:
Video uno
Video dos
Video tres
Video cuatro Momento angular
El torque
o momento de fuerza puede ser de dos tipos:
· Torque negativo.
Torque positivo
El torque es positivo si la fuerza se aplica en sentido contrario a las manecillas del reloj, produciendo una rotación contraria a las manecillas del reloj. Por ejemplo:
Torque negativo
El torque es negativo si la fuerza que se aplica va en el mismo sentido de las manecillas del reloj, produciendo una rotación en el sentido de las manecillas del reloj. Por ejemplo:
Como conclusión se puede decir lo siguiente:
- La línea de acción de la fuerza, es la
prolongación de dicha fuerza.
- El
brazo es la línea perpendicular que va del eje (punto de apoyo) a la
fuerza o línea de acción de la fuerza.
- El
torque o momento de fuerza es la efectividad de una fuerza para producir
un movimiento de rotación en un cuerpo.
Ejemplo práctico de un TORQUE en la vida diaria
Para producir un movimiento de rotación, no es suficiente la mera acción de la
fuerza, sino la manera como ésta se aplique.
Se puede decir entonces que ninguna fuerza cuya línea de
acción pase por el EJE, produce un
movimiento de rotación, por lo tanto es necesario que la línea de acción de la fuerza no pase por el eje para que se produzca un
movimiento de ROTACIÓN.
Las unidades de TORQUE (T) son las mismas unidades de TRABAJO (W), por lo tanto:
-
En el sistema CGS: La unidad de TORQUE
es la DINA. Cm
DINA. Cm =
ERGIO
-
En el sistema MKS: La unidad de TORQUE es el NEWTON. m
NEWTON. m =
JOULE.
Par de fuerzas o
cupla
Llamaremos CUPLA al conjunto de dos fuerzas F1 y F2, paralelas entre sí, de igual magnitud
y sentidos contrarios, aplicadas a un mismo cuerpo, produciéndole un
movimiento de ROTACIÓN.
Para resolver
problemas de estática lo más conveniente es hacer un
gráfico en el que aparezcan todas las
fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Si hay fuerzas oblicuas, las descomponemos
en sus componentes rectangulares y
establecemos las ecuaciones, aplicando las dos condiciones de EQUILIBRIO.
EJEMPLOS
1) ¿Cuánto
debe valer la F1 para que la barra
de peso despreciable se mantenga horizontalmente en equilibrio?
2) Una barra de 8 m de longitud y de peso
despreciable soporta en sus extremos
pesos de 80 N
y 100 N. ¿Qué fuerza
debe ejercer el FULCRO? ¿En qué punto se debe colocar el fulcro para mantener la barra horizontal en equilibrio?
Palancas, video educativo Torque Equilibrio Segunda condición de equilibrio Torniquetes Ejercicio de equilibrio Ejercicio práctico Torque: ejercicio Torque, animación
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