El objetivo de esta lección es comprender los conceptos fundamentales de fuerza y equilibrio mediante el análisis de sistemas de fuerzas coplanares y concurrentes, con el fin de aplicar correctamente las leyes de Newton al estudio de cuerpos en reposo o en movimiento uniforme.

1. Concepto de fuerza y representación

En física, una fuerza es toda interacción capaz de modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. De acuerdo con la segunda ley de Newton, la fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa por la aceleración que produce:

Cada fuerza tiene magnitud, dirección y sentido, por lo que se representa como un vector. En los sistemas físicos, las fuerzas pueden ser:

• De contacto: como la tensión en una cuerda o la fricción entre superficies.

• A distancia: como la fuerza gravitacional, eléctrica o magnética.

2. Sistemas de fuerzas

Un sistema de fuerzas es el conjunto de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema de partículas. Los más comunes son:

• Coplanar concurrente: todas las fuerzas se encuentran en el mismo plano y se cruzan en un punto.

• Coplanar no concurrente: las fuerzas están en el mismo plano pero no coinciden en un punto.

• Distribuido: el efecto de la fuerza se distribuye sobre un área, como el peso del agua sobre una represa.

El análisis vectorial permite determinar la resultante, es decir, una sola fuerza equivalente al efecto conjunto de todas las fuerzas aplicadas.

3. Equilibrio de fuerzas

Un cuerpo está en equilibrio cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero:

Esto significa que el objeto no tiene aceleración y mantiene su estado de movimiento (reposo o velocidad constante).
Existen dos tipos de equilibrio:

• Estático: el cuerpo permanece en reposo.

• Dinámico: el cuerpo se mueve con velocidad constante.

Ejemplo clásico:
Un cuadro colgado de una pared mediante dos cuerdas está en equilibrio estático. Las tensiones de las cuerdas equilibran el peso del cuadro, generando una resultante nula.

4. Herramientas para el análisis

Para resolver problemas de sistemas de fuerzas, se utilizan:

• Descomposición de vectores: separar una fuerza en sus componentes Fx y Fy.

• Diagrama de cuerpo libre: representación del cuerpo aislado y todas las fuerzas que actúan sobre él.

• Condiciones de equilibrio: aplicar las ecuaciones:

5. Aplicaciones prácticas

Estos conceptos son esenciales para estudiar fenómenos más complejos, como:

• La fuerza centrípeta en el movimiento circular.

• El trabajo y la energía rotacional.

• La conservación del momento angular.

Comprender los sistemas de fuerzas es la base para analizar todo el comportamiento mecánico de los cuerpos, desde una estructura en reposo hasta un satélite en órbita.

Bibliografía consultada

• Giancoli, C. D. (2006). Física: Principios con aplicaciones (Vol. 1, 6a ed.). Pearson Educación.
• Hewitt, P. G. (2016). Física conceptual (12a ed.). Pearson.
• Tippens, P. E. (2011). Física: conceptos y aplicaciones (7a ed.). McGraw Hill.
• Young, H. D., & Freedman, R. A. (2009). Física universitaria (Vol. 1, 12a ed.). Pearson Educación.
• Pérez, H. (2015). Física general. Grupo Editorial Patria.

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