Fundamentos de la Estática: Equilibrio, Fuerzas y Cuerpos Rígidos

Estática: Introducción al Equilibrio de los Cuerpos

La estática es la rama de la mecánica que se dedica al estudio del equilibrio de los cuerpos. Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando está en reposo o en Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU).

La Fuerza como Magnitud Vectorial

La fuerza es una magnitud vectorial, ya que posee módulo, dirección y sentido, lo cual puede representarse gráficamente mediante un vector.

Cuerpo Rígido: Definición y Movimientos

Un cuerpo rígido es aquel que solo se deforma bajo la acción de fuerzas muy grandes. Al moverse, un cuerpo rígido puede realizar tres tipos de movimientos: traslación, rotación y rodamiento.

Fuerza como Vector Deslizante

Una fuerza aplicada a un sólido rígido se puede trasladar en la misma dirección sobre su misma línea de acción, sin que esto varíe el efecto que produce.

Centro de Masa

Se llama centro de masa de un cuerpo al punto en el cual debe aplicarse una fuerza exterior para que solo se produzca un movimiento de traslación.

Centro de Gravedad

Se le llama centro de gravedad de un cuerpo al punto donde se encuentra aplicada la resultante de la suma de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partes del cuerpo.

El centro de gravedad es el punto donde se encuentra aplicado el peso de un cuerpo. En la caída de un cuerpo que solo se traslada, coincide con el centro de masa.

Estudio del Equilibrio

Se dice que un cuerpo está en equilibrio cuando la sumatoria de las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero.

Tipos de Equilibrio

Todo cuerpo tiene la tendencia a caer. Para evitar esa caída, se le puede suspender o apoyar.

Cuerpos Suspendidos

Son aquellos que pueden girar alrededor de un eje.

• Equilibrio Estable: El punto de suspensión está por encima del centro de gravedad. Si se le aparta levemente de su punto, retorna a la posición anterior.
• Equilibrio Inestable: El punto de suspensión está por debajo del centro de gravedad. Si se le aparta levemente de ese punto, continúa alejándose de la posición anterior hasta llegar a una posición de equilibrio estable.
• Equilibrio Indiferente: El punto de suspensión coincide con el centro de gravedad. En cualquier posición en la que se coloque, siempre estará en equilibrio y no buscará ni retornar ni alejarse de la posición anterior.

Cuerpos Apoyados

Son aquellos que descansan sobre una base fija.

Composición de Fuerzas

Cuando dos o más fuerzas actúan sobre un cuerpo, los efectos de cada una de ellas se suman o se restan, dando lugar a una fuerza resultante.

Representación de las Fuerzas

La fuerza es una magnitud vectorial, al igual que la velocidad o la aceleración. Se representa con un vector F, que se caracteriza por cuatro datos:

1. Módulo: Es una medida cuantitativa de la fuerza. Si la intensidad es un número grande, la fuerza es grande, y si el número es pequeño, la fuerza es pequeña. La unidad que mide la intensidad de una fuerza es el Newton (N).
2. Dirección: Es la recta sobre la que se aplica la fuerza.
3. Sentido: Indica hacia dónde se aplica la fuerza. En su misma dirección existen dos sentidos.
4. Punto de Aplicación: Es el punto del espacio en que se aplica la fuerza.

Descomposición de Fuerzas

Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, esta se puede descomponer en dos, de tal forma que si en vez de la primera aplicáramos las dos nuevas, el efecto sea el mismo. El módulo de las dos nuevas fuerzas se puede obtener a partir de la definición del seno y del coseno.