1r ciclo Par de fuerzas

[Julián]

¿Para que un sólido rígido experimente un cambio en su velocidad angular es necesario que exista por lo menos un par de fuerzas externas? y esas fuerzas externas producirían el torque.

Por ejemplo. Una barra homogenea de longitud L esta unida a uno de sus extremos a una bisagra, es decir, el eje de rotación. Cuando aplico una fuerza externa en el punto L ($\vec{\tau }= \vec{F} x \vec{L}$). Pero sobre el otro extremo sobre la barra se produce otra fuerza que es la de reacción de la bisagra.

[guibix]

Re: Par de fuerzas

¿Para que un sólido rígido experimente un cambio en su velocidad angular es necesario que exista por lo menos un par de fuerzas externas?

Sí, pero no hace falta bisagra. Si la línea de aplicación de una fuerza no pasa por el centro de masa del objeto empujado, también se genera un par de fuerzas.

[Julián]

Re: Par de fuerzas

Entonces el momento de fuerza que actúa sobre un cuerpo y es expresado como $\vec{M} = \vec{F} x \vec{R}$ yo lo entendía como si una fuerza $\vec{F}$aplicada en un punto cuya distancia al centro de rotación en $\vec{R}$.
Pero en ese momento en realidad no existe solo una fuerza $\vec{F}$ sino un par de fuerza. no?

[guibix]

Re: Par de fuerzas

Sí, pero son dos fuerza equivalentes a la fuerza aplicada. Es como cuando hay varias fuerzas y buscas la resultante, solo que aquí puedes interpretar que una fuerza lateral equivale a dos fuerzas

Hay dos casos distintos:

Si el objeto esta ligado por un eje de rotación (bisagra), toda la fuerza se "convierte" en un par de fuerzas, tal y como has descrito.

Si el objeto no esta sujeto a nada y le aplicas un fuerza por un costado, el centro de masas pasa a ser el eje de rotación y el radio pasa a ser la distancia entre la línea de aplicación de la fuerza y el centro de masas. Pero en este caso, no toda la fuerza pasa a ser movimiento rotacional ya que hay una parte transferida a la traslación del objeto. Fíjate que aquí también hay un par de fuerzas, pero no hay algo como la bisagra que haga la fuerza contraria. Bueno, de hecho la forma y distribución de la masa es en si mismo, es lo que reacciona a la fuerza aplicada, con una componente en el par de fuerzas y una componente que acelera el centro de masas.

Ahora no recuerdo muy bien, pero creo recordar que para este caso también se tenía que calcular el momento de inercia y era un poco más complejo.

Saludos.

[Julián]

Re: Par de fuerzas

Si el objeto no esta sujeto a nada y le aplicas un fuerza por un costado, el centro de masas pasa a ser el eje de rotación y el radio pasa a ser la distancia entre la línea de aplicación de la fuerza y el centro de masas. Pero en este caso, no toda la fuerza pasa a ser movimiento rotacional ya que hay una parte transferida a la traslación del objeto. Fíjate que aquí también hay un par de fuerzas, pero no hay algo como la bisagra que haga la fuerza contraria. Bueno, de hecho la forma y distribución de la masa es en si mismo, es lo que reacciona a la fuerza aplicada, con una componente en el par de fuerzas y una componente que acelera el centro de masas.

En ese caso, ¿el centro de masas sería el punto donde se produjera la fuerza de sentido contraria a la aplicada?

[guibix]

Re: Par de fuerzas

En ese caso, ¿el centro de masas sería el punto donde se produjera la fuerza de sentido contraria a la aplicada?

No exactamente, un par de fuerzas no es una fuerza y su reacción. Mírate estos enlaces de la Wiki: Par de fuerzas y Momento de fuerza.

Saludos.

[Julián]

Re: Par de fuerzas

Entonces en el caso en que no hay una bisagra por ejemplo, el movimiento rotacional no se da por un par de fuerzas. y ahi se me volvió a complicar todo de vuelta

[Julián]

Re: Par de fuerzas

Pero si el objeto al que le aplicamos un momento ¿no aparece un par de fuerzas? Si esa fuerza se traslada a todas las partículas que están en el mismo radio de aplicación, por el carácter deslizante de la fuerza.

[Julián]

Re: Par de fuerzas

¿Nadie conoce del tema? Porque es un tema que me tiene trabado hace bastante tiempo, y hasta profesores universitarios no han sido capaz de responderme dicha duda.

No exactamente, un par de fuerzas no es una fuerza y su reacción. Mírate estos enlaces de la Wiki: Par de fuerzas y Momento de fuerza.

Si ya he visto esos enlaces y he estudiado el tema en bibliografías pero no responden a mi duda. Porque si necesito responder a un interrogante primero voy a buscar en las bibliografías que poseo y después en internet en vez de preguntar primero en el foro. Capaz que la respuesta está ahi pero yo no puedo verla por eso pregunto aca.
En el enlace de par de fuerzas, ahi define lo que es el par de fuerzas y el momento de este par describiendo que un par de fuerzas produce una aceleración angular. Pero no dice que para que halla un cambio en el movimiento rotatorio siempre es necesario que halla un par de fuerzas y eso es lo que estoy buscando.
Y el enlace del momento de fuerza bueno, no dice nada pero nada de esto simplemente define el momento de una forma vectorialmente y que este produce un cambio en la rotación (momento cinético) pero yo no quiero quedarme solamente con eso porque lo dice el enlace.

Los conceptos de dinámica de la partícula son fáciles de ver y digerir pero no los de dinámica rotacional. Simplemente al parecer cuando te econtras con estos problemas la fuerza se transforma en momento, a la fuerza multiplicala por el brazo de palanca porque así es.
Porque con la definición de momento no alcanza para comprender, yo supongo que es necesario por lo menos un par de fuerzas de sentido contrario para que rote un cuerpo. ¿es asi?

[guibix]

Re: Par de fuerzas

No sé si entiendo del todo tu duda, pero intentaré aclarar algún punto.

Lo del par de fuerzas viene, entre otras cosas, de que si tienes, por ejemplo, un cilindro sin bisagra y en reposo (flotando), la única manera de ponerlo en rotación sin que se desplace por traslación, es imprimiendo dos fuerzas iguales de sentido opuesto, pero con la lineas de aplicación equidistantes respecto al centro de masa y en sus lados opuestos. Ahora bien, si sólo aplicas una de las dos fuerzas, el cilindro también rotará , pero esta vez además se trasladará. Si aplicas la fuerza en la línea que pasa por el centro de masas, acelerará sin rotación.


Con la bisagra consigues mantener el cilindro a sitio, por lo que no se trasladará, la fuerza de reacción de la bisagra lo que hace es compensar la fuerza que lo haría acelerar. además "obliga" a todo el objeto a rotar con ese centro, cumpliendo la función de fuerza central, y por eso consigues un par de fuerzas aplicando sólo una. Creo que por eso se le acostumbra a llamar "momento de una fuerza", así el concepto es más general.

Todo esto es un poco lioso, pero detrás de todo también está la ley de la palanca y la conservación de la energía que ayudan mucho a hacerlo más intuitivo. Intenta abrir una puerta empujando cerca de las bisagras y verás la importancia de ese radio.

Salud!

[Julián]

Re: Par de fuerzas

Gracias por responderme. Es una cuestión que por fin pude entenderla y no se explicaba bien en los libros como el resknic el tipller, etc.

Ahora ya me qeda claro. si aplico una fuerza (neta) a un cuerpo en la dirección del centro de masas este se trasladará sin girar ya que todo el efecto de la fuerza será en aceleración lineal del centro de masas.
Ahora si aplico una unica fuerza a un cuerpo en otro punto cuya dirección no pase por el centro de masas, este experimentara una traslación y una rotación (rototraslacional). Es decir que una parte de la fuerza genera una aceleración lineal del centro de masas y una aceleración centrípeta.
Para que un cuerpo experimente solamente una aceleración angular sobre este tiene q actuar un par de fuerzas, ya sea que este par sea producto de una reacción sobre el cuerpo o dos fuerzas aplicadas.

Ahora para el caso de que se produce un movimiento rototraslacional, que es cuando se aplica una única fuerza al cuerpo siendo que la dirección de esta no pase por el centro de masas. ¿En el efecto del giro se produce un pequeño par en el centro de masas? Que seguramente es una fuerza fictisia ¿o no?