5.4 Las fuerzas y el movimiento
de rotación
Movimiento de Traslación
El sólido rígido se desplaza de un lugar a otro sin cambiar su orientación.
Características:
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Todos los puntos del objeto se mueven en líneas paralelas.
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La dirección y velocidad de todos los puntos del sólido son iguales.
Ejemplo:
Un coche que se desplaza por una carretera o una caja que se empuja sobre el suelo.
Movimiento de Rotación
El sólido gira alrededor de un eje fijo.
Características:
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No todos los puntos se mueven igual. Los puntos más alejados del eje recorren distancias mayores que los cercanos.
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El eje de rotación puede estar dentro o fuera del objeto.
Ejemplo:
Una rueda girando alrededor de su eje.
Momento de una fuerza
El momento de una fuerza se define como el producto de la magnitud de la fuerza (𝐹) por la distancia perpendicular (𝑟) desde el eje de rotación hasta la línea de acción de la fuerza.
Donde:
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𝜏 es el momento de fuerza (torque).
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𝐹 es la magnitud de la fuerza aplicada.
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𝑟 es la distancia desde el eje de rotación hasta el punto de aplicación de la fuerza.
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𝜃 es el ángulo entre 𝐹F y 𝑟r.
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Si aplicas una fuerza lejos del eje de rotación, el torque será mayor.
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Si aplicas la fuerza directamente sobre el eje (donde 𝑟=0), no habrá rotación.
En el Sistema Internacional (SI), el momento de fuerza se mide en Newton metro (N·m).
Par de fuerzas
Un par de fuerzas es un sistema de dos fuerzas de igual magnitud, pero de sentido opuesto, que actúan sobre un cuerpo en líneas de acción paralelas, pero no coincidentes. Este tipo de interacción produce un efecto de rotación sin generar traslación del cuerpo.
Características del Par de Fuerzas:
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Magnitud igual: Las fuerzas tienen la misma intensidad.
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Dirección opuesta: Actúan en sentidos opuestos.
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Líneas de acción paralelas: Las fuerzas no se encuentran en la misma línea, pero sí en líneas paralelas.
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Momento de torsión (torque): El efecto resultante es un giro o rotación alrededor de un punto o eje.
Fórmula del Momento de un Par de Fuerzas:
Donde:
𝑀 es el momento del par de fuerzas.
𝐹 es la magnitud de una de las fuerzas.
𝑑 es la distancia perpendicular entre las líneas de acción de las fuerzas (brazo de palanca).
Ejemplo: Imagina abrir una puerta girando la perilla. Las manos aplican fuerzas en direcciones opuestas a ambos lados del pomo, creando un par de fuerzas que hace girar la puerta.
Videos Educativos:
simulacion interactiva sobre fuerzas y movimiento: