COBAEM Física I: 08 Equilibrio Mecánico

El equilibrio mecánico es una situación estacionaria en la que se cumplen una de estas dos condiciones:

1. Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos, sobre cada partícula del sistema es cero.

2. Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero.

En este caso solo nos enfocaremos parcialmente a la primera condición, ya que nuestro estudio está relacionado con los diagramas de cuerpo libre y las leyes del movimiento de Newton.

Tomando en cuenta lo anterior, debemos de considerar la siguiente definición parcial:

“Un cuerpo está en equilibrio si la resultante de la suma de las fuerzas aplicadas sobre él es igual a cero”

De lo que resultan las siguientes ecuaciones:

Donde:

∑F_x = sumatoria de fuerzas en el eje x (igual a cero)

∑F_y = sumatoria de fuerzas en el eje y (igual a cero)

∑F_z = sumatoria de fuerzas en el eje z (igual a cero)

F_x1, F_x2, F_x3, = Fuerzas aplicadas en el eje x

F_y1, F_y2, F_y3, = Fuerzas aplicadas en el eje y

F_z1, F_z2, F_z3, = Fuerzas aplicadas en el eje z

Para la utilización de las fórmulas anteriores es tomar en cuenta en cuantas dimensiones o planos se encuentran las fuerzas aplicadas al cuerpo en estudio y así tomar las necesarias.

Visto lo anterior es necesario definir que es un Diagrama de Cuerpo Libre (D.C.L.).

Estos diagramas son la representación de las fuerzas aplicadas a un cuerpo como la forma de un sistema vectorial concurrente y tomando el cuerpo como si solo tuviera una sola partícula (punto de aplicación común).

Otro punto que se debe tomar en cuenta es la forma de colocar los vectores en el sistema concurrente, ya que para su mejor manejo y análisis será necesario que todos tiren o jalen de la partícula o cuerpo. Se presentan algunos ejemplos de diagramas para su mejor comprensión.

Para dar solución a un sistema en equilibrio (encontrar las variables faltantes), solo bastará con utilizar las ecuaciones de equilibrio arriba mencionada y utilizar operaciones con vectores para obtener ecuaciones de equilibrio propias del sistema en cuestión. En los videos y ligas presentadas abajo se pueden encontrar ejemplos de solución a sistemas en equilibrio.