Para poder saber la fuerza que esta soportando cada
parte de la estructura se utilizan dos medios de cálculo:
- La comprobación por nudos.
- La comprobación por secciones.
Para lograr obtener cualquiera de estas dos
comprobaciones se debe tomar en cuenta la sumatoria de fuerzas externas en la
estructura (fuerzas en x y en y), para luego comenzar con la comprobación por
nudos o por sección.
Diagrama de cuerpo libre
Un sistema equilibrado, y su uso exige la
consideración previa de un sistema que comprende las fuerzas por estudiar. Esto
se hace considerando el cuerpo inmóvil dado por sí solo, con las fuerzas que
actúan sobre él. Se centra así el diagrama del cuerpo libre, que es un dibujo
mostrando:
1) El
cuerpo solo, asilado de otros cuerpos
2) Todas
las fuerzas externas que se ejercen sobre dicho cuerpo.
En ese diagrama no aparecerán las fuerzas ejercidas
por el cuerpo, sino las que se ejercen sobre él, y tampoco incluirá fuerzas
interiores. Se ha dicho que las fuerzas externas son en general las debidas a
la atracción de la Tierra, o las ocasionadas por contacto. Esas fuerzas son por
tanto usualmente la de gravitación, más el número de contacto entre el cuerpo
dado y otros cuerpos.
Torque de una fuerza
Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un
cuerpo rígido, el cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a
algún eje. La propiedad de la fuerza para hacer girar al cuerpo se mide con una
magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Se prefiere usar la
palabra torque y no momento, porque esta última se emplea para referirnos al
momento lineal, momento angular o momento de inercia, que son todas magnitudes
físicas diferentes para las cuales se usa una misma palabra.
¿Por qué no se cae la Torre de Pisa?
La torre inclinada de Pisa está en equilibrio estable,
porque ha sido construida con materiales muy pesados hasta la ¼ parte y luego
más y más livianos yendo hacia arriba. De esta manera se ha bajado
considerablemente el centro de gravedad de la torre, y la vertical que arranca
de dicho centro cae todavía muy dentro de la base de sustentación delimitada por
los cimientos.
Fuerzas y principios físicos en la caída de un gato
Desde tiempo inmemorial el hombre ha observado la
habilidad gatuna, pero sólo en 1894 comenzó a considerarla como un “problema
científico”. La Academia de Ciencias de París convocó un concurso público para
explicar físicamente cómo consigue el gato aterrizar siempre de cuatro patas al
caer de una gran altura.
Si se agarra un gato por sus cuatro patas, panza
arriba, y se le deja caer, girará en menos de medio segundo alrededor de su propio
eje y amortiguará el golpe contra el suelo con las patas estiradas. Da la
sensación de que, tras ese giro de 180 grados, no cambiará de postura hasta
poner las patas en el suelo.
El animal ha de actuar con rapidez. Al cabo de medio
segundo, la velocidad de su centro de gravedad alcanza los 18 Km/h. Mientras
que la velocidad de caída sólo crece proporcionalmente con el tiempo; la
energía cinética del gato lo hace mucho más de prisa y, con esta, aumenta el
peligro de que se lesione en un aterrizaje desgraciado.
A los expertos en mecánica les parecía que el giro se
debía al empuje impartido al animal al soltarlo, que así conseguiría un momento
angular en uno u otro sentido. El gato, durante su caída, sólo podría girar
parte del cuerpo moviendo simultáneamente otra parte en sentido contrario, de
suerte que se compensasen los dos momentos angulares. El momento angular total
siempre se conserva; si al principio era cero, no podía aparecer de la nada
momento alguno. Además para poner simultáneamente las patas traseras y
delanteras sobre el suelo, debería girar su cuerpo una vuelta entera, lo que,
según lo observado, no era el caso.
Tras algunos experimentos se rechazó esta hipótesis
del empuje, así como la hipótesis de que consigue el giro a lo largo de su eje
remando vigorosamente la cola.
En el año 1894, Ettienne Jules Marey presentó dos
secuencias de imágenes, desde distinta perspectiva de la caída de un gato. A
partir de esa figura, Marey supuso que el gato giraba en dos tiempos. En el
primero, extendía sus patas traseras perpendicularmente al eje del cuerpo (con
lo que aumentaba el momento de inercia de la mitad trasera del cuerpo para el
giro axial), mientras que simultáneamente
En un segundo tiempo el felino estiraba las patas delanteras
transversalmente y recogía las patas traseras a lo largo, para que la parte
trasera girara con mayor ángulo. El resultado final era que las dos mitades
habían girado en idéntico sentido aproximadamente la misma diferencia de
ángulo.
PÉREZ DE LA CRUZ JUAN ARMANDO
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