Sistemas de fuerzas y su clasificación
Presentación del tema
La aplicación simultánea de más de una fuerza sobre un cuerpo y la forma en que se aplican al cuerpo implicará solamente movimiento lineal o, además, incluirá rotación. Por ello, se hace necesario conocer el conjunto de fuerzas aplicadas, al que se denomina sistema de fuerzas, y la forma en que se aplica al cuerpo, para reconocer el efecto resultante en el cuerpo.
Objetivo didáctico de la clase
Reconocer el concepto de sistema de fuerzas aplicadas a un cuerpo y la clasificación de los diferentes sistemas de fuerzas para entender la forma de hallar la resultante de ellos y, con ello, lograr el equilibrio del cuerpo.
Contenido didáctico
Presentación de los contenidos
Definición de sistema de fuerzas
Cuando sobre un mismo cuerpo actúan simultáneamente varias fuerzas, podemos considerarlas como un conjunto de fuerzas, al que se denomina sistema de fuerzas. Derivado de la forma en que están dispuestas, pueden producir solamente movimiento o, además del movimiento, producir rotación, por lo que se hace necesario conocer los diferentes sistemas de fuerzas o clasificación de estos por sus efectos.
Clasificación de los sistemas de fuerzas
Esta clasificación se repite cuando las fuerzas actúan en varios planos, es decir, en el espacio y se denominan sistemas de fuerzas no coplanares.
En esta UDA solamente se estudiarán las fuerzas coplanares, como simplificación de las fuerzas que actúan sobre las estructuras arquitectónicas y civiles.
Sistema de fuerzas concurrentes paralelas (colineales)
Los sistemas de fuerzas concurrentes paralelas o colineales son aquellos cuyas fuerzas actúan a lo largo de una misma línea de acción, siendo su suma vectorial o fuerza resultante (como se le conoce en física) el resultado de la suma de las magnitudes de estas, considerando su sentido (comúnmente con la convención de arriba o derecha como positivo, y abajo o izquierda como negativo).
Sistema de fuerzas concurrentes no paralelas
Los sistemas de fuerzas concurrentes no paralelas son aquellos en los que las fuerzas aplicadas a un cuerpo presentan diferentes líneas de acción, aunque las mismas se intersecan en un punto común.
Sistema de fuerzas no concurrentes paralelas
Las fuerzas no concurrentes paralelas son aquellas cuyas líneas de acción no se intersecan en un punto común al ser aplicadas de forma perpendicular a un eje mayor del cuerpo, produciéndole traslación (movimiento horizontal y/o vertical) y rotación (o momento, un giro alrededor de un eje perpendicular al plano de las fuerzas y cuya magnitud es igual al producto de la fuerza por la distancia al eje o brazo de momento), siendo su suma vectorial igual a la fuerza individual que causa el efecto del conjunto de fuerzas iniciales.
Para hallar la resultante del sistema de fuerzas, aplicamos la suma de fuerzas paralelas, si la suma de las fuerzas no es cero, se producirá un momento a partir de esta resultante y su aplicación desde un punto específico a un punto de apoyo, el centroide o centro de gravedad del cuerpo.
Sistema de fuerzas no concurrentes no paralelas
Las fuerzas no concurrentes no paralelas son aquellas cuyas líneas de acción no se intersecan en un punto común al ser aplicadas con cierto ángulo a un eje mayor del cuerpo, produciéndole traslación (movimiento horizontal y/o vertical) y rotación (o momento, un giro alrededor de un eje perpendicular al plano de las fuerzas y cuya magnitud es igual al producto de la fuerza por la distancia al eje o brazo de momento), siendo su suma vectorial igual a la fuerza individual que causa el efecto del conjunto de fuerzas iniciales.
Para hallar la resultante del sistema de fuerzas, aplicamos la descomposición del conjunto en componentes rectangulares, si la suma de las fuerzas no es cero, se producirá un momento a partir de esta resultante y su aplicación desde un punto específico a un punto de apoyo, el centroide o centro de gravedad del cuerpo.
Ideas relevantes de la clase digital
El conocimiento del concepto de sistema de fuerzas aplicadas a un cuerpo, entendido como el conjunto de fuerzas aplicadas al mismo, así como reconocer las características de las fuerzas aplicadas, lo que origina la clasificación de los sistemas de fuerzas, establecidas como colineales, concurrentes y no concurrentes, y ante un problema de estática planteado, nos permite determinar la resultante del sistema de fuerzas de una mejor manera.
- Para saber más, realiza la lectura siguiente:
- Seely & Ensign. (1977). Mecánica analítica para ingenieros. pp. 34-63.
Fuentes de información
- Beer et. al. (2010). Mecánica vectorial para Ingenieros. Estática.
- Ching & Adams. (2006). Guía de construcción ilustrada.
- Hibbeler. (2010). Ingeniería mecánica. Estática.
- Seely & Ensign. (1977). Mecánica analítica para ingenieros.