DEFINICION ESTATICA, EQUILIBRIO

Definición de Estática

La estática es la ciencia de la mecánica eléctrica del comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposo y la rapidez diminuta comparadas con la velocidad de la luz que analiza las cargas de energía, par, momentos, que estudia el equilibrio de las energías en métodos, físicos en equilibrio estático, eso quiere decir que puede ser en un estado en que las posiciones relativas de los subsistemas que no cambian con el tiempo.

 

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En el área de la estática se encuentran diversas ramas que son la electricidad estática y la electrostática.

·         La electricidad estática se trata de la acumulación de un exceso de carga eléctrica con una propiedad física internas de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediantes fuerzas de atracción y repulsión en una zona con poca conductividad eléctrica que es la medida de la capacidad o de la aptitud de un material para dejar pasar o dejar circular libremente la corriente eléctrica, el aislante eléctrico, es un material que no es un conductor de la electricidad que resiste al paso de la corriente a través del elemento que aloja y lo mantiene en su desplazamiento a lo largo del semiconductor.

·         La electrostática es la ciencia de la física que estudia los efectos alternos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica en equilibrio, comprendiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados en el cual las dimensiones son detestables frente a otras dimensiones del asunto. Esta carga se encarga de los monstruos electrostáticos en el cual aparecen los afectos de cohesión y repulsiones entre los cuerpos que los adquieren

GENERALIDADES DE LA ESTATICA

La estática es una Parte de la mecánica que estudia las leyes del equilibrio. La estática es la parte de la mecánica que plantea y resuelve las condiciones de equilibrio en reposo de sistemas de cuerpos en base a las acciones que obran sobre ellos (fuerzas y momentos).

Los cuerpos que integran los sistemas en estudio no están libres en general, sino vinculados entre sí y con la tierra a través de diversos órganos de unión llamados vínculos (impone una limitación característica a la posibilidad de movimiento relativo entre los cuerpos a los que se aplica).

Por ejemplo:

·         Articulación o apoyo fijo

·         Rotula

·         Apoyo móvil o deslizante

·         Apoyo articulado

·         Empotramiento.

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

·         El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

·         El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Existen varios métodos clásicos basados en la mecánica de sólidos deformables, como los teoremas de Castigliano o las fórmulas de Navier-Bresse, que permiten resolver un buen número de problemas hiperestáticos.

 

Concepto de Equilibrio

El equilibrio refiere a un estado de estabilidad, o de balanceo/compensación entre los atributos o características de dos cuerpos o de dos situaciones. Quizás pueda resultar difícil imaginarse una idea de equilibrio, pero esto puede deberse a que, de acuerdo a la disciplina en el cual se lo nombre, podemos ejemplificarlo como atributo de algo específico.

Para aclara la definición, que puede ser un poco compleja, empecemos con los ejemplos. En el caso de la física-química, existe un fenómeno que se denomina “equilibrio termodinámico” y es cuando en un sistema determinado, por ejemplo, nuestro propio cuerpo, los factores externos en conjunto con los factores internos no generan ningún tipo de cambios (como de temperatura o presión). Otro ejemplo en estas disciplinas, es cuando se ponen en contacto dos cuerpos, uno con mayor temperatura que el otro. El proceso de equilibrio finalizará cuando los dos cuerpos hayan alcanzado la misma temperatura, por conducción de energía del cuerpo con mayor temperatura, al cuerpo de menor.

Clases de equilibrio

Es ley general, todo cuerpo que se encuentra libre para moverse se sitúa de modo que su centro de gravedad se encuentre lo más bajo posible. De este modo tendremos tres clases de equilibrio:

·         Equilibrio Estable: Cuando al desviar el cuerpo de su posición sube el C.D.G., por lo cual, al dejarlo libre vuelve a la posición primitiva. Ejemplo: un cono apoyado sobre su base.

·         Equilibrio Inestable: Si al desviar un poco el cuerpo bajo el C.D.G., por lo que al dejarlo libre se aleja, se separa aún más de la posición primitiva. Ejemplo: un cono apoyado por su vértice.

·         Equilibrio Indiferente: Cuando al mover un poco el cuerpo su C.D.G, permanece a igual altura, de modo que al soltarlo ni se aleja, ni se acerca a la posición primitiva, sino que se queda donde se le deja. Ejemplo: el cono apoyado en una de sus generatrices

 

CENTRO DE GRAVEDAD

El centro de gravedad es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. En otras palabras, el centro de gravedad de un cuerpo es el punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo. El centro de gravedad de un cuerpo no corresponde necesariamente a un punto material del cuerpo. Así, el centro de gravedad de una esfera hueca está situado en el centro de la esfera, la cual no pertenece al cuerpo.

Torque o Momento de una fuerza

Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. Ahora bien, la propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Entonces, se llama torque o momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto.

En el caso específico de una fuerza que produce un giro o una rotación, muchos prefieren usar el nombre torque y no momento, porque este último lo emplean para referirse al momento lineal de una fuerza. Para explicar gráficamente el concepto de torque, cuando se gira algo, tal como una puerta, se está aplicando una fuerza rotacional. Esa fuerza rotacional es la que se denomina torque o momento.

Cuando empujas una puerta, ésta gira alrededor de las bisagras. Pero en el giro de la puerta vemos que intervienen tanto la intensidad de la fuerza como su distancia de aplicación respecto a la línea de las bisagras. Entonces, considerando estos dos elementos, intensidad de la fuerza y distancia de aplicación desde su eje, el momento de una fuerza es, matemáticamente, igual al producto de la intensidad de la fuerza (módulo) por la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el eje de giro.

Expresada como ecuación, la fórmula es

M = F • d

Donde M es momento o torque

F = fuerza aplicada

d = distancia al eje de giro

El torque se expresa en unidades de fuerza-distancia, se mide comúnmente en Newton metro (Nm).

Condiciones de Equilibrio para un Cuerpo Rígido.

Cuando un cuerpo rígido está en reposo o en movimiento rectilíneo a velocidad constante, relativo a un sistema de referencia, se dice que dicho cuero está e equilibrio estático. Para tal cuerpo tanto la aceleración lineal de su centro de masa como su aceleración angular relativa a cualquier punto son nulas. Obviamente este estado de equilibrio estático tiene su fundamento en la primera Ley de Newton, cuyo enunciado es: " Todo cuerpo en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, permanece en dicho estado, a menos que sobre ella actúe una fuerza”.

Condiciones de Equilibrio

Las condiciones para que un cuerpo rígido se encuentre en equilibrio son:

Primera Condición de Equilibrio (Equilibrio de traslación)

La suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el sólido es igual a cero esto ocurre cuando el cuerpo no se traslada o cuando se mueve a velocidad constante; es decir cuando la aceleración lineal del centro de masa es cero al ser observado desde un sistema de referencia inercial.

= `D1 + `F2 +`F3 +... + `FN = 0

 En esta ecuación de equilibrio no aparecen las fuerzas internas ya que ellas se cancelan mutuamente en pares debido a la tercera Ley de Newton. Si las fuerzas estuvieran en el espacio, la ecuación anterior ha de ser expresada por las siguientes relaciones:

= F1x + F2x + F3x+… + Fx = 0

= F1y + F2y + F3y +... + FNy = 0

= F1z + F2z + F3z +... + FNz = 0

Obviamente en dos dimensiones (o sea en el plano) tendríamos solamente dos ecuaciones y en una dimensión se tendría una única ecuación

Segunda Condición de Equilibrio: (Equilibrio de rotación)

La suma vectorial de todas las torques o momentos de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, relativos a cualquier punto dado, sea cero. Esto ocurre cuando la aceleración angular alrededor de cualquier eje es igual a cero.

Si todas las fuerzas estuvieran en el plano XY, la ecuación de equilibrio anterior se reduciría a la simple expresión algebraica:

`tiz = `t1z +`t2z +`t3z + .... + `tnz = 0

Donde los momentos son paralelos o coloniales con el eje Z. Para que se cumpla la segunda condición de equilibrio se deben realizar los siguientes pasos:

1. Se identifica todas las fuerzas aplicadas al cuerpo.

2. Se escoge un punto respecto al cual se analizará el torque.

3. Se encuentran las torques para el punto escogido

4. Se realiza la suma de torques y se iguala a cero.

Hay que tener en cuenta, que lo expuesto anteriormente se refiere sólo al caso cuando las fuerzas y las distancias estén sobre un mismo plano. Es decir, no es un problema tridimensional. La suma de las torques respecto a cualquier punto, dentro o fuera del cuerpo debe ser igual a cero.