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Equilibrio de traslación y rotación en una barra suspendida por sus extremos

 Elaborado por: Dr. Pablo Valdés Castro, Dr. José Alberto Gregorio Alvarado Lemus, Dr. Jose Bibiano Varela Nájera, Dr. José Manuel Mendoza Román, M.C. Levy Noé Inzunza Camacho


Objetivo: Analiza las condiciones de equilibrio de traslación y rotación en una simulación de una barra suspendida por sus extremos y un cuerpo sobre ella.


Conocer cómo aplicar las condiciones de equilibrio de traslación y de rotación tiene interés para la ingeniería y la arquitectura, y también para comprender el funcionamiento de numerosos dispositivos utilizados en la vida cotidiana. En dichas condiciones se basa la estabilidad de muchas estructuras y el funcionamiento de gran variedad de instrumentos y artefactos empleados en la práctica: pinzas de corte, tijeras, balanzas, andamios utilizados al reparar o pintar edificios y otros.

1. Accede a la dirección:

http://www.thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/SuspensionBridge/index.html.

Se muestra una barra suspendida por dos dinamómetros y una carga que cuelga de la barra. Mide la tensión en la cuerda de uno de los extremos de la barra haciendo clic en el dinamómetro correspondiente, y anota el resultado. Para retornar a la pantalla con la barra, basta hacer clic en cualquier lugar de la ventana. Mide la tensión en la cuerda del otro extremo de la barra y anota el resultado. Compara los resultados de las tensiones en ambas cuerdas. ¿Cómo se explica el resultado?

2. Traza un esquema de la barra con todas las fuerzas aplicadas sobre ella. El problema a resolver consiste en determinar las tensiones de las cuerdas. Las masas de la barra y la carga son conocidas y se puede emplear una regla graduada.

Escribe la ecuación correspondiente a la condición de equilibrio de traslación. ¿Pueden determinarse las tensiones de las cuerdas a partir de esa sola ecuación? Explica.

3. Ahora escribe la ecuación para la condición de equilibrio de rotación. ¿Es posible escribirla eligiendo cualquier punto de la barra para determinar los momentos de las fuerzas aplicadas sobre ella? ¿Qué puntos de la barra resultan más convenientes para plantear la ecuación? ¿Por qué? Los Ejemplos 3.5, 3.6 y 3.7, págs.196-202 del libro Mecánica 2 ilustran el planteamiento de la ecuación.

4. Al hacer clic en “Show Ruler” el simulador sitúa una regla junto a la barra. Realiza las mediciones necesarias para determinar la tensión de una de las dos cuerdas. Al medir longitudes, intenta apreciar fracciones entre divisiones. A fin de comprobar tu resultado, haz clic en el sensor de fuerza correspondiente.

5. Conocida ya la tensión en una de las cuerdas, determina la tensión en la otra a partir de la ecuación correspondiente al equilibrio de traslación. También determínala utilizando la ecuación para el equilibrio de rotación. Contrasta los resultados obtenidos por ambas vías y, además, con la lectura del sensor de fuerza correspondiente.

6. Confecciona un informe del trabajo realizado con las respuestas a las preguntas formuladas, las ecuaciones utilizadas, los resultados numéricos obtenidos y unas conclusiones.

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