Estática Gráfica
FUERZAS COLINEALES.
Son las que tienen la misma recta de acción.
Fig. 5
F1 y F2 aplicadas en los puntos A1 y A2 respectivamente, son colineales.
Temas previos relacionados :
FUERZAS CONCURRENTES.
Son aquellas cuyas rectas de acción se encuentran en un punto. Dicho punto puede coincidir con uno, dos o varios puntos de aplicación de fuerzas o con ninguno.
Fig. 6
En realidad en los casos 2° y 3º no son concurrentes las fuerzas en sí, sino sus rectas de acción. A propósito de esto, vamos a hacer notar que, considerando en Estática Gráfica, como hemos dicho, que los cuerpos ideales que tratamos, son absolutamente rígidos, las fuerzas pueden desplazarse según sus rectas de acción, sin variar en absoluto las condiciones de equilibrio del cuerpo o " sistema " sobre el que actúan.
Fig. 7
Si en el cuerpo α, libre en el espacio y rígido, se encuentra aplicada en el punto A una fuerza F, según ¡a recta de acción a, las aceleraciones que sufre el cuerpo α, serán las mismas si trasladamos el punto de aplicación a lo largo de α, por ejemplo, al punto Ai.
FUERZAS PARALELAS.
Sus rectas de acción son paralelas (tienen la misma dirección) siendo la recta a paralela a la b, en el caso de la fig. 8, se dice que F1 es paralela a F2.
Fig. 8
Igualmente F3 y F4 son fuerzas paralelas, aunque su sentido sea contrario.
En este caso se dice también que las fuerzas son antiparalelas.
FUERZAS CUALESQUIERA O ARBITRARIAS
Dentro de este caso general quedan comprendidos los anteriores y también aquellas fuerzas cuyas rectas de acción no se encuentran en ningún punto ni son paralelas.
Fig. 9
En este caso las fuerzas F1 y F2 (figura 9) no pueden ser coplanares, pues como podemos observar: dos fuerzas coplanares son siempre concurrentes. Hacemos resaltar que hemos dicho dos fuerzas, ya que tres o más fuerzas en un plano son siempre concurrentes 2 a 2, pero pueden no serlo todas en un mismo punto, como caso más general.
Fig. 10
Como hemos indicado en la figura 10, llamamos A1-2 al punto de concurrencia de las fuerzas F1 y F2; A2-3 al de F2 y F3, etc.
Se sobreentiende que al tratar de fuerzas, las consideramos como vectores. Cuando en particular se trabaja solamente con el módulo del vector, se escribirá la letra minúscula correspondiente o se hará notar en cada caso, con el agregado de la palabra módulo o con su abreviación, mód.
SISTEMAS DE FUERZAS. SISTEMAS IGUALES, SISTEMAS EQUIVALENTES, COMPONENTES, RESULTANTES, EQUILIBRANTE. COMPOSICIÓN Y DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS,
Se denomina sistema de fuerzas a un conjunto determinado de fuerzas que actúan sobre un cuerpo o "sistema de cuerpos".
Según hemos estudiado, al tratar los vectores, es posible reemplazar, salvo casos especiales en los pares o cuplas de fuerzas , dicho conjunto de fuerzas por una única, que se denomina resultante del sistema de fuerzas. Su efecto sobre el cuerpo (teniendo siempre en cuenta que es por hipótesis rígido) es el mismo que el de dicho conjunto.
Dos sistemas de fuerzas son equivalentes cuando ambos tienen la misma resultante. Por lo tanto, los efectos que dichos dos sistemas de fuerzas pueden producir en el cuerpo sobre el cual actúan, serán iguales.
Dos sistemas son iguales, cuando las fuerzas que los constituyen son iguales 2 a 2; éste es el único sentido de la igualdad, no sucediendo lo mismo con el sentido de equivalencia que se refiere solamente a los efectos provocados en el cuerpo.
La operación de reemplazar un sistema de fuerzas por otros, cada vez más sencillos, reemplazando grupos de fuerzas del primero por sus resultantes parciales, hasta llegar a la resultante final única, se denomina composición de fuerzas.
Claro está que hay procedimientos, que nos permiten obtener directamente la resultante final, sin pasar por las resultantes parciales.
En el caso de los vectores libres, que ya hemos visto (las fuerzas son vectores aplicados y por ello el problema de la composición de fuerzas es algo más complejo) la resultante total o las resultantes parciales, se obtienen efectuando la suma geométrica de los vectores, llevándolos uno a continuación del otro.
Fig. 11
En la figura 11, R1-2-3, es el vector resultante o suma geométrica parcial de los vectores libres V1, V2, V3. que se han llevado uno a continuación del otro.
R1,2,3,4,5 es la resultante total, que es también la resultante de las 3 fuerzas R1-2-3,V4 , V5 (propiedad asociativa).
La operación inversa o sea reemplazar una fuerza por 2 ó varias capaces de producir el mismo efecto que la primera única, sobre el cuerpo en el que actúan, se denomina descomposición de fuerzas. Cada una de las fuerzas del nuevo sistema equivalente a aquella, se denomina fuerza componente. En la figura 11, las fuerzas del sistema F1, F2 , F3,F4 ,son componentes de la fuerza R, quien, a su vez, es la resultante de las mismas.
Llámase equilibrante de un sistema, a una fuerza única cuya acción sobre el cuerpo en que actúa, es igual y de sentido opuesto, a la producida por el sistema de fuerzas primitivo. Aplicada simultáneamente con éste, el cuerpo en cuestión, por estas causas, permanece en equilibrio ó en movimiento rectilíneo y uniforme, según sea su estado inicial.
Fig. 12
La fuerza equilibrante E de un sistema dado de fuerzas, tiene igual módulo, recta de acción y punto de aplicación que la resultante del sistema dado, pero su sentido es opuesto. Se tendrá pues E= — R.
Fig. 13
En el sistema en equilibrio de la figura 13, cada una de las fuerzas es equilibrante del conjunto de todas las demás.
Por ej.: F5, es equilibrante del sistema F1, F2, F3, F4: es igual y de sentido contrario a R1,2,3,4 que sería la resultante del sistema de 4 fuerzas
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ESTÁTICA
GRÁFICA
Son una serie de condiciones admitidas sin demostración (postulados) que cumplen las fuerzas actuantes sobre los cuerpos y en las cuales se basa el desarrollo de los problemas de la Estática Grafica.
Estos principios, en realidad, ya han sido tratados en los párrafos anteriores en forma aislada, pero los resumimos aquí para presentarlos en forma ordenada y con el carácter indicado de postulados fundamentales
1º) Toda fuerza que actúa sobre un cuerpo puede desplazarse a lo largo de su recta de acción, sin que su efecto sobre el mismo varíe. El punto de aplicación de F1, A1 puede trasladarse a lo largo de a, por ejemplo al punto A'1 Mod F'1 = mód = F1.
Fig. 14
2º) Dos fuerzas iguales y de sentido contrario, aplicadas en puntos de una misma recta de acción, se equilibran y, por efectos de ellas, el cuerpo no modifica su condición de equilibrio.
Fig. 15
3º) Si sobre un cuerpo o sistema de cuerpos en equilibrio agregamos, o suprimimos un sistema de fuerzas que se encuentre
en equilibrio de por sí, (su resultante es O y además cumple la otra condición de no reducirse a un par) el equilibrio subsiste.
4º) Como hemos visto al hablar de fuerza resultante y fuerza componente, un sistema de fuerzas puede ser reemplazado por una única fuerza llamada resultante (salvo que se reduzca a un par). Todo sistema no tiene más que una sola resultante.
5º) Recíprocamente una fuerza puede ser reemplazada por dos o varias llamadas componentes, de las cuales aquélla es su resultante.
6º) Según el principio de la física, de la acción y de la reacción, si un cuerpo ejerce sobre otro, una cierta acción o fuerza actuante, éste ejercerá sobre el primero una fuerza de igual módulo y recta de acción, pero de sentido contrario.
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