Estatica
¿Sabías que la estática en la física es lo cual nos
preserva a salvo cada vez que nos toca entrar a un inmueble o cruzar un puente?
Dichos son ciertos de los ejemplos de la estática más ilustrativos que pudimos
encontrar en nuestro día a día y que sirven para que te des una iniciativa de
qué es la estática en la física.
Los ingenieros usan la estática para decidir,
ejemplificando, dónde tienen que ir los toleres de un inmueble y cuántos tienen
que ser. O para saber qué tipo de creación es la mejor elección para el diseño
de un puente y cruzar el flujo de agua de la urbe.
Entender qué es la estática en la física te ayudará
inclusive a poder usarla la siguiente vez que vayas a subir una escalera. Una
vez que lo hagas, te darás cuenta de que, aunque un objeto no se mueva, hay
toda clase de cosas que lo están afectando, como la tensión y la presión.
De esta forma que ponte tu bata y tus gafas de
laboratorio ya que vamos a ver qué significa la estática en la rama de la
física con aplicaciones y ejercicios que te ayudarán a comprenderla mejor.
Definición de estática en la física
De consenso con el portal Ejercicios de Física, la
estática es una especialidad en el campo de la mecánica, cuyo objetivo es el
análisis de las condiciones que debería llevar a cabo un grupo de fuerzas que
trabajan sobre un cuerpo humano o un sistema tieso para que este esté en
equilibrio mecánico.
¿Qué desea mencionar que un cuerpo humano se
encuentre en equilibrio mecánico? Prácticamente, 2 cosas: que se halle en
equilibrio una vez que está en reposo (equilibrio estático) o que se encuentre
en desplazamiento rectilíneo uniforme (equilibrio cinético o dinámico).
Esto significa que la estática en la física no solo
tiene relación con objetos que permanecen enteramente quietos, sino además a
esos que se mueven a una rapidez constante. Según esto, la ciencia de la
estática nos puede mencionar mucho sobre la conducta de las cosas una vez que
hablamos de equilibrarlas, comprimirlas o estirarlas. Y en la situación de las
construcciones y puentes, a los ingenieros y arquitectos les atrae más la
estabilidad estático.
Ahora bien, según las fórmulas de la estática, un
cuerpo humano fijo no se pone espontáneamente en desplazamiento, es necesario
cualquier representante externo para moverlo. Entonces, tenemos la posibilidad
de tomar como ejemplos de estática en física:
• la
atracción de una varilla de hierro si el objeto es un imán,
• un
esfuerzo muscular si el objeto es una masa que se debe alzar.
Es decir, todos los agentes externos que perturban
el estado "natural" de quietud o, como comentamos previamente, de desplazamiento
rectilíneo uniforme, reciben el nombre de fuerzas.
La fuerza en la estática
Para comprender bien qué es la estática en la
física, se debe nombrar la fuerza, debido a que la finalidad de la estática es
entablar la fuerza total del resultado de cada una de las fuerzas que
intervienen sobre un cuerpo humano y que son las que logran las condiciones de
su equilibrio.
Entonces, ¿cuál es el papel de la fuerza en la
estática? La fuerza es la causa capaz de cambiar el estado de quietud o de
desplazamiento de un cuerpo humano; como además es lo cual causa la deformación
del mismo. El impacto producido por la fuerza sobre un cuerpo humano es
dependiente de:
• el
tamaño,
• la
dirección,
• el
sentido
• y
el punto donde se aplica.
Por lo tanto, la fuerza es una intensidad física
vectorial. ¿Qué significa esto? Que la fuerza está plenamente definida por un
número, una unidad, una dirección y un sentido, y al número y a la unidad se
los conoce como módulo. Ejemplificando, el módulo de la rapidez del aire es de
3 Km/h. Y el módulo de una fuerza es un número que sugiere su magnitud.
Ahora bien, ¿cuáles son los símbolos de la fuerza y
la estática científicamente? Conforme el Sistema mundial de Unidades, la unidad
de medida de el tamaño fuerza es el Newton (N). Las fuerzas se simbolizan con
flechas y la magnitud es de manera directa proporcional al módulo de la fuerza
que representa.
¿Cómo calcular la estática en la física?
Para que un sistema encuentre el punto de
equilibrio, debería saciar las 3 ecuaciones de equilibrio:
Suma Fx = 0
Suma Fy = 0
Suma M = 0
En esta situación, Fx es la fuerza que se desempeña
en el eje horizontal y Fy en el eje vertical. Y M, la masa, debería ser cero,
debido a que la primera ley de Newton (F=ma), nos sugiere que si la fuerza y la
aceleración son 0, la suma de las masas además.
En la actualidad, los procedimientos y cálculos de
la estática en la física han ayudado a la obra de muchas de las obras de
ingeniería como inmuebles, puentes y presas, así como de dispositivos
mecánicos, como las grúas. Esto pasa debido a que lo primero que tienen que
hacer los arquitectos e ingenieros es calcular las fuerzas que trabajan sobre
los cuerpos y sus elementos. La estática provee los métodos análiticos y
gráficos que se requieren para explicar e detectar estas fuerzas desconocidas.
Para que un cuerpo humano sea considerado estático,
se debería aceptar que el cuerpo humano está perfectamente tieso y en
equilibrio. Además, la suma de las fuerzas sobre el objeto que está en reposo,
suman cero. Esto significa que las fuerzas se balancean entre ellas y no
ocasionan que el objeto se mueva o gire.
Ejemplos de estática en la física
1. Un carro en un puente
Una ejemplificación de la estática en la física es
un carro parado en un puente, puesto que desempeña una proporción de fuerza
notable en el área entre el carro y el puente. No obstante, esta fuerza no
causa ninguna alteración en el estado, postura o forma del puente o el
automóvil . Por consiguiente, la suma de las fuerzas es cero.
2. Colgando un cuadro
No necesitas una introducción a la carpintería para
intuir cómo actúa la estática en la física en este ejemplo. Una vez que
colgamos un objeto en el muro, un número de fuerzas actúa sobre él. La gravedad
jala al cuerpo humano hacia debajo y, simultáneamente, la fuerza que da el muro
junto al clavo mantienen al objeto en
postura. El cuadro no cambia en estado o postura acorde pasa la era, por lo
cual puede considerarse que está en equilibrio.
3. Un barco flotando en el océano
Otro ejemplo de la estática en la física pasa una
vez que un barco está en el área del agua. La fuerza gravitacional jala al
barco hacia el centro de la tierra en lo que la fuerza boyante que desempeña el
barco lo empuja hacia arriba. Esto crea un balance que conserva al cuerpo
humano estático.
4. Empujando una pared
Una vez que un sujeto aplica una fuerza de empuje a
el área de una pared bien construida, ésta no se mueve. Aunque incremente la fuerza que aplica, el muro no
cambia de postura. Esto indica la vida de una fuerza opuesta que va en
dirección contraria y no posibilita que cambie la postura o el estado de el
muro. A esto se le conoce como fuerza de actitud y provoca que el cuerpo humano
se encuentre en equilibrio.
5. Estar parado sobre el piso
Sí. En todo instante eres un producto de la
estática en la física. Una vez que una persona está parada sobre una área
plana, la fuerza gravitacional y la fuerza de actitud que practica el piso
la mantienen en estado estático. Dichos
son tan solamente ciertos ejemplos de la estática en la física y, como puedes
notarlo, nuestro mundo está lleno de ellos. ¿Se te pasa alguno otro?
Breve historia de la estática
En esta parte de nuestro artículo sobre la estática
en la física, vamos a ver ahora cuál ha sido la evolución histórica de los
inicios de la estática. Los primeros estudios de los que se tiene entendimiento
sobre la estática se remontan a bastante más de 2 mil años. Aunque los vestigios
no son bastantes, son suficientes para despertar el interés y admiración hacia
quienes trabajaron por la ciencia de la estática en hondura.
De esta forma que iremos a hacer hincapié en 2
obras en especial, las cuales son consideradas verdaderas reliquias de la
inteligencia vieja: la de Aristóteles, quien se dedicó al procedimiento de los
inconvenientes mecánicos, y a la de Arquímedes, quien trató en sus indagaciones
sobre los múltiples inconvenientes del equilibrio.
Aristóteles
Sí, lo entendemos. Quizá te estés pensando qué
tiene que ver Aristóteles con la estática ya que no era físico ni matemático,
sino un filósofo. Puesto que bien, su obra sobre este asunto ha sido realmente
admirable para su etapa, puesto que tiende a implantar los inicios de la estática.
Según Aristóteles, todo desplazamiento debería descubrir una resistencia.
Por consiguiente, implica la mediación de una
acción o fuerza motriz, que debería ser superior a su masa. Entre más enorme
sea la masa que se pretende desplazar, más grande va a ser la rapidez que se
debería ejercer. No obstante, dichos principios no fueron desarrollados con el
debido rigor y aborda la mecánica de la estática de una forma general.
Arquímedes
a medida que tanto, los primeros adelantos en la
teoría de la estática en la física debían desarrollarse por otras vías. Es así
como los principios de la estática se remontan a la vieja Grecia, donde hace
bastante más de 2,200 años el matemático Arquímedes estudió la aplicación de
fuerzas de aparatos sencillas, como una palanca o un eje.
Arquímedes poseía un espíritu matemático, y
abandonó de lado las ideas en general sobre el desplazamiento de los cuerpos y
la estática, debido a que las consideraba bastante complicadas e inadecuadas.
Para hacer proposiciones exactas y específicas, con un sentido más matemático,
Arquímedes prefirió situar su atención a los
fenómenos e artefactos más básicas, en los cuales basó todos sus razonamientos
y teorías sobre la estática. de esta forma, en su tratado se recogen sus
estudios sobre la palanca y los centros de gravedad, puntos que trata partiendo
de las próximas premisa:
1. 2
pesos equivalentes suspendidos a igual distancia del punto de apoyo permanecen
en equilibrio.
2. 2
pesos equivalentes suspendidos a diferentes distancias no permanecen en
equilibrio, y el que está suspendido a más grande distancia empieza a
descender.
3. Si
2 pesos suspendidos a determinadas distancias permanecen en equilibrio y uno de
ellos sube sutilmente, dejan de estarlo y el que ha ascendido empieza a
descender.
Ha sido así como el enorme físico griego abandonó
los fundamentos del uso de la palanca y la igualdad de los cuerpos sumergidos y
otorgó paso a la hidrostática.
Otros científicos relevantes
• Después,
vendrían Leonardo da Vinci y Galileo Galilei a dejar un legado de relevantes
aportes sobre la estática en la física. Por cierto, ha sido el científico
Galileo quien concluyó que no era elemental una fuerza neta para conservar el
desplazamiento de un cuerpo humano (equilibrio dinámico).
• Asimismo,
Simon Stevin (1548-1620) ha sido quien identificó la paradoja hidrostática y el
primero en explicar la estabilidad de los cuerpos sobre un plano inclinado.
• Isaac
Newton (1642-1727) aportó las 3 leyes de la mecánica a los fundamentos de la
estática.
• D’Alembert
abandonó el término de fuerza inercial. Debido a su aporte es viable aprender
inconvenientes dinámicos por medio de el término de equilibrio.
• Euler
y Lagrange desarrollaron técnicas matemáticas que le brindaron forma a las
aplicaciones de la estática.