Sistemas de fuerzas

La mecánica es la disciplina de la física que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos. Se divide en dos ramas principales; la estática, que estudia el estado de los cuerpos que se encuentran en equilibrio sometidos a un sistema de fuerzas, y la dinámica, que trata el comportamiento de los objetos materiales que, sometidos a un sistema de fuerzas, se encuentran en movimiento.

Sistemas de fuerzas

Para poder comprender los resultados de la estática es necesario, sin embargo, comprender perfectamente el concepto de fuerza. La fuerza, que podemos definir como aquello que es capaz de modificar el estado de reposo o el movimiento de un cuerpo, actuando sobre un cuerpo dejado en libertad lo acelerará.

La fuerza más conocida por nosotros es la de atracción que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos que hay en sus proximidades, atrayéndolos hacia su superficie. Sin embargo, existen otras fuerzas como la de fricción, el empuje, etc. Otros dos conceptos fundamentales son la masa y el peso.

La masa es una propiedad intrínseca de los objetos materiales, que determina la acción que ejerce una fuerza sobre un  cuerpo y la resistencia que este opondrá a una modificación de su estado de movimiento; por lo tanto, la masa es en cierta forma una medida de la inercia de los objetos. Cuanto mayor es la masa tanto menor es la aceleración que les imprime una misma tuerza aplicada sobre ellos.

Por su parte, el peso de un objeto no es una propiedad intrínseca del mismo, sino que  esta determinado por la intensidad del campo gravitatorio que tira de él hacia el centro de la Tierra, es decir la fuerza que esta ejerce sobre dicho cuerpo.

Por este motivo, un cuerpo que tenga una masa determinada tendrá pesos distintos en la superficie terrestre y en la de la Luna, ya que la intensidad del campo gravitatorio de ésta es de tan solo una sexta parte de la del terrestre, debido a que su masa es menor.

Por tanto, su peso en la Luna es seis veces menor que en la Tierra, Para el estudio de la situación de equilibrio, como resultado de la actuación de todas las fuerzas externas sobre un cuerpo cualquiera, es de gran importancia la introducción del concepto de centro de la gravedad, que es aquel punto del objeto en el que podemos suponer concentrada toda su masa.

Para hallar la posición del centro, de gravedad en un objeto plano, por ejemplo, se su puede suspender éste de dos sol puntos distintos y trazar las de líneas marcadas por la plomada que parten de ellos.

Así, podemos definir la situación de equilibrio estable como aquella en que la vertical que pasa por su centro de gravedad lo hace también por su base, y ambos están próximos. Si no es así, se encuentra en equilibrio inestable (que puede romper cualquier pequeña perturbación), o indiferente, en esta el que la posición de equilibrio es indeterminada.

Asimismo, un cuerpo que permanece en reposo puede estar sometido a rotación, por lo que cabe determinar las condiciones para que esto no suceda.

Para ello nos servimos del concepto de momento de una fuerza, que es la cantidad resultante del producto de la fuerza por la distancia perpendicular que separa el punto donde actúa esta y la línea a lo largo de la cual actúa.

Por lo tanto, para definir el reposo debemos añadir el llamado principio de los momentos, que afirma que la suma algebraica de los momentos de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo debe ser cero.

Un caso particular de esta disposición de las fuerzas lo constituye el llamado par de fuerzas, formado por dos fuerzas de igual magnitud, de sentidos  contrarios y separadas una cierta distancia.

El efecto al que da lugar este par de fuerzas es una rotación, como por ejemplo en el caso del volante de un automóvil, en lugar de producir un movimiento rectilíneo.

De todo lo dicho hasta ahora deducimos la necesidad de disponer de un mecanismo que nos permita llevar a cabo la suma de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, para poder determinar de este modo si se encuentra o no en equilibrio.

Para determinar cual es la fuerza con la que actúa, en definitiva, un conjunto de ellas sobre un objeto, disponemos de la llamada regla del paralelogramo.

Esta nos dice que si tenemos dos fuerzas, hacemos coincidir sus puntos de aplicación y cinstruimos paralelogramo cuyos lados están formados por las magnitudes de aquéllas, la diagonal de dicho paralelogramo nos indica la fuerza resultante de las dos primeras. De este modo es posible determinar cuál es la fuerza que actúa, es decir la resultante, de un sistema de dos o más fuerzas.

Publicado en Ciencias naturales y física