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CAPÍTULO 4
DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE
4_1_ Problema y método generales
de la estática de partículas.
El problema general de la estática de partículas
se enuncia así:
Calcular las fuerzas desconocidas presentes en
el sistema en equilibrio considerado.
Como se vislumbra de lo tratado en los
capítulos precedentes, el método general para resolver
este problema comprende tres pasos principales que
son:
- Definir el sistema [físico].
- Hacer el Del del sistema.
- Aplicar al sistema las ecuaciones de equilibrio.
El equilibrio de un sistema global complejo se analiza
dividiendo el sistema en partes o subsistemas. Luego
se aplican repetidamente los pasos segundo y tercero
del método, al sistema global y a cada uno de los
subsistemas, escogidos a modo de obtener tantas
ecuaciones independientes como incógnitas haya en el
problema.
Los dos primeros pasos del método llevan
implícito el aspecto esencial de modelación del sistema
(es decir, la idealización o simplificación del mismo).
Ya hemos hablado en el capítulo 3 sobre los modelos
básicos de la estática.
El método descrito es aplicable a una gran
variedad de problemas de mecánica. Bastaría sustituir
el tercer paso por 11 Aplicar al sistema las ecuaciones
de movimiento" y tendríamos el método general
propio de la dinámica.
Resalta en importancia el segundo paso,
referente a los DeL's. Muchas de las ecuaciones de la
mecánica ora contienen directamente las fuerzas, ora
se refieren a unas cantidades o condiciones de validez
relacionadas con la clase de fuerzas existentes.
Hacer el DCL del sistema es el paso previo para:
• Analizar el estado de equilibrio del sistema
(partículas, edificios, puentes, annaduras,
marcos, palancas, sistemas a base de cables o
fricción, fluidos, mecanismos, máquinas, castillos
de naipes, esqueletos, etc.).
• Analizar el estado de movimiento del sistema
(proyectiles, sistemas oscilatorios, planetas y
satélites, trompos, vehículos, mecanismos, bolas
de billar, canicas, paramecios, etc),
• Decidir sobre la aplicabilidad de las leyes de
conservación de momento lineal, momento
angular y energía mecánica.
• Hacer cálculos de trabajo, potencia, etc.
• Analizar el estado de deformaciones y esfuerzos
en un cuerpo deformable.
Etc.
Saber hacer correctamente los DCL's le
allanará el camino en muchas asignaturas de su
carrera. Es recomendable estudiar con cuidado los
ejemplos dados y resolver todos los problemas de este
capítulo.
Para resolver problemas de estática no es
necesario desmembrar el sistema global en todos sus
elementos, como lo hicimos en el capítulo 2 con el
sistema (Amigo, Cuerda, Bloque, Tabla, Resorte). En
especial, no habrá necesidad de considerar los
siguientes cuerpos, "irrelevantes" por cuanto no
proporcionan ecuaciones útiles:
-Cuerdas.
- Resortes (y Varillas).
- Apoyos fijos masivos.
Es nuestro propósito en este capítulo reunir
unas reglas para agilizar el trazado de los DCL's de
los cuerpos relevantes de un sistema global. Servirá
también como repaso de conceptos ya presentados.
Las reglas, convenios, notaciones, modos de
expresión y sugerencias (de uso convencional general)
que propondremos en relación con los DCL's van
encaminadas no solamente hacia la confección
correcta de los mismos sino también, igualmente
importante, hacia la comunicación clara de su análisis
de fuerzas a otras personas.
4_2_ Reglas básicas
Con respecto a la etapa de definición del
sistema podemos dar dos reglas ahora. La primera
regla es particularmente útil cuando el sistema consta
de muchos cuerpos: