3.1 Introducción
Al definir que un cuerpo rígido es aquel que no se de forma, se supone que la mayoría de los cuerpos considerados en la mecánica elemental son rígidos. Sin embargo, las estructuras y máquinas reales nunca son absolutamente rígidas y se deforman bajo la acción de las cargas que actúan sobre ellas. A pesar de ello, por lo general esas de formaciones son pequeñas y no afectan las condiciones de equilibrio o de movimiento de la estructura en consideración. No obstante, tales deformaciones son importantes en lo concerniente a la resistencia a la falla de las estructuras y están consideradas en el estudio de la mecánica de materiales.
En este capítulo se estudiará el efecto de las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo rígido
en la su posición fundamental de que el efecto de una fuerza dada sobre un cuerpo rígido permanece
inalterado si dicha fuerza se mueve a lo largo de su línea de acción (principio de transmisibilidad). Por tanto,
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| Imágen 1.- Cartoon |
las fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido pueden representarse por vectores deslizantes, como se mencionó en la sección 2.3.
Dos conceptos fundamentales asociados con el efecto de una fuerza sobre un cuerpo rígido son el momento de una fuerza con respecto a un punto (sección 3.6) y el momento de una fuerza con respecto a un eje (sección 3.11). Como la determinación de estas cantidades involucra el cálculo de productos escalares y vectoriales de dos vectores, en este capítulo se presentarán los aspectos fundamentales del álgebra vectorial aplicados a la solución de problemas que involucran fuerzas que actúan sobre cuerpos rígidos.
Otro concepto que se presentará en este capítulo es el de un par, esto es, la combinación de dos fuerzas que tienen la misma magnitud, líneas de acción paralelas y sentidos opuestos (sección 3.12). Como se verá, cual quier sistema de fuerzas que actúa sobre un cuerpo rígido puede ser reemplazado por un sistema equivalente que consta de una fuerza, que actúa encierto punto, y un par. Este sistema básico recibe el nombre de sistema fuerza-par. En el caso de fuerzas concurrentes, coplanares o paralelas, el sistema equivalente fuerza-par se puede reducir a una sola fuerza, denominada la resultante del sistema, o a un solo par, llamado el par resultante del sistema.
3.2 Fuerzas externas e internas
Las fuerzas que actúan sobre los cuerpos rígidos se pueden dividir en dos grupos:1) fuerzas externas
Las fuerzas externas representan la acción que ejercen otros cuerpos sobre el cuerpo rígido en consideración. Ellas son las responsables del comportamiento externo del cuerpo rígido. Las fuerzas externas causan que el cuerpo se mueva o aseguran que éste permanezca en reposo.
2) fuerzas internas.
Las fuerzas internas son aquellas que mantienen unidas las partículas que conforman al cuerpo rígido. Si éste está constituido en su estructura por varias partes, las fuerzas que mantienen unidas a dichas partes también se definen como fuerzas internas.
3.3 Principio de transmisibilidad y Fuerzas equivalentes
El principio de transmisibilidad establece que las condiciones de equilibrio o de movimiento de un cuerpo rígido permanecerán inalteradas si una fuerza F que actúa en un punto dado de ese cuerpo se reemplaza
por una fuerza F que tiene la misma magnitud y dirección, pero que actúa en un punto distinto, siempre y cuando las dos fuerzas tengan la misma línea de acción (figura 3.3). Las dos fuerzas, F y F , tienen el mismo
efecto sobre el cuerpo rígido y se dice que son equivalentes. Este principio establece que la acción de una fuerza puede ser transmitida a lo largo de su línea de acción, lo cual está basado en la evidencia experimental; no puede ser derivado a partir de las propiedades establecidas.
