Solucion de problemas experimentales

 

Para poder comprender un experimento en la Física, primero se tiene que saber como solucionar problemas de esa magnitud, para ello se hará una introducción a dicho tema.

 

Los principios de Mecánica son pocos y relativamente sencillos, ahora bien, sus aplicaciones son infinitas en su numero, variedad y complejibilidad. En ingeniería Mecánica, el éxito depende en gran manera de seguir un método disciplinario en la resolución de problemas. La solución de problemas profesionales consta de tres fases: 

 

1.- Definición e identificacion del problema
2.- Desarrollo y simplificación del modelo
3.- Solución matemática e interpretación del resultado

 

Los problemas en Mecánica se ocupan principalmente de los efectos de un sistema de fuerzas sobre un cuerpo físico. A consecuencia de ello, se deben identificar las fuerzas exteriores que ejercen sobre dicho cuerpo, esto se logra representando esas fuerzas sobre un diagrama de cuerpo rígido.

La precisión de las soluciones de los problemas técnicos reales dependen de tres factores:

1.- Precisión de los datos físicos conocidos
2.- Precisión del modelo físico
3.- Precisión de los calculo efectuados

 

Rara vez es posible que de un error inferior al 0.2%. Los resultados pueden "redondearse" al numero de cifras significativas que den el mismo grado de precisión que los datos en los que se basan.

 

Experimento muestra

La tendencia de una fuerza a originar una rotación alrededor  de un punto depende del modulo de la fuerza y de su distancia al punto. 

Cuando dos niños se sientan en un columpio, cada uno en un extremo de un columpio, la fuerza que ejerce cada uno sobre la tabla tiende a girarla en sentidos opuestos.

FIGURA. un niño de 18 kp y una niña de 27 kp columpiandose.

El niño de 18 kp esta en reposo, ejerce hacia abajo una fuerza de contacto que la tabla ejerce sobre el niño, y tiende a girar la tabla en sentido de las manecillas del reloj. Asimismo, la fuerza de 27 kp que ejerce la niña sobre la tabla tiende a girarla en sentido opuesto contrario de las manecillas del reloj. A pesar de las desigualdades de las fuerzas el columpio puede mantenerse en equilibrio si el niño se sienta mas lejos del eje que la niña.

 

La regla es que el columpio se balancea (este equilibrado) si la fuerza que ejerce el niño multiplicada por su distancia del eje, es igual a la fuerza que ejerce la niña multiplicada por la distancia que la separa del eje.

De este modo, si el chico se sienta a 1.8 m del eje, puede balancear a la niña sentada a 1.2 m del eje, puesto que:

(18 kp)(1.8 m) = 32.4 kp*m = (27 kp)(1.2 m)

 

Para extender esta regla a situaciones mas complejas se introduce el concepto de momento, al considerar la fuerza F y el punto de apoyo O mostrados en la siguiente figura.

FIGURA .Una fuerza F ejerce un momento alrededor de un punto O.

 

* Momento. El momento ejercido por una fuerza alrededor de un punto O es igual al modulo de F multiplicado por su distancia d a O perpendicularmente:

m=F*d

El signo de m se considera positivo si F tiende a producir una rotación alrededor de O en sentido contrario a las manecillas de un reloj, y negativo si la rotación tiene lugar en el sentido de las manecillas de un reloj.  

 

* Condición del momento. Para que un objeto este en equilibrio rotacional, la suma de los momentos producidos por todas las fuerzas que actúan sobre el objeto es igual a cero. 

 

* Condición de equilibrio estático. Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio estático, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo vale cero, y la suma de todos lo momentos que se ejercen sobre el mismo es igual que cero.

* Kilopondio. El kilopondio (kp) es la unidad básica de fuerza del sistema de unidades técnico. Equivale a la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre una masa de un kilogramo al nivel del mar.

1 kp = 1 kg × 9.806 m/s2

1 kp = 9.806 N


Datos e imagenes extraídos del libro "Ingeniería mecánica: . Estática", Escrito por William F. Riley,Leroy D. Sturges, y del libro "Física para las ciencias de la vida", Escrito por A. Cromer.

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