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equilibrio y centro de gravedad

Objetivos de aprendizaje

• Comprender el significado del centro de gravedad.
• Comprender los elementos de equilibrio y centro de gravedad.

Centro de gravedad

El centro de gravedad de un cuerpo se refiere al punto de aplicación de la fuerza resultante como resultado de la atracción de la tierra. Es en este punto donde parece actuar todo el peso de un cuerpo. La fuerza resultante se llama peso del cuerpo. Para encontrar el peso de un objeto, multiplique la masa por la gravedad.

Conocer el centro de gravedad de un objeto es importante ya que predice el comportamiento de un cuerpo en movimiento cuando la fuerza de gravedad actúa sobre él. El centro de gravedad también es importante en el diseño de estructuras estáticas como puentes y edificios.

En un campo gravitacional que es uniforme, el centro de gravedad es similar al centro de masa . Sin embargo, debes tener en cuenta que estos dos puntos no siempre coinciden. Por ejemplo, el centro de masa de la luna está muy cerca del centro geométrico de la luna. Sin embargo, el centro de gravedad de la luna está ligeramente alejado del centro de la luna hacia la tierra, como resultado de una fuerza gravitatoria más fuerte en el lado cercano de la luna.

Si un objeto tiene forma simétrica y está hecho de un material homogéneo, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico del objeto. Sin embargo, para un objeto que es asimétrico y está hecho de diferentes materiales que tienen diferentes masas, el centro de masa estará lejos del centro geométrico del objeto. En cuerpos de forma irregular o huecos, el centro de gravedad está ubicado en un punto externo al objeto.

Diferencia entre centro de gravedad y centro de masa

Es común que muchas personas supongan que el centro de gravedad y el centro de masa son el mismo. Sin embargo, la verdad es que son diferentes.

El centro de masa se refiere a un punto donde la distribución de la masa es igual en todas las direcciones. El centro de masa no depende del campo de gravedad. El centro de gravedad, por otro lado, es el punto donde el peso de un objeto es igual en todas las direcciones y depende del campo de gravedad.

Sin embargo, el centro de masa y el centro de gravedad de un objeto pueden estar en el mismo punto si el campo gravitatorio es uniforme.

¿Quién hizo el descubrimiento del centro de gravedad?

El centro de gravedad fue descubierto por Arquímedes de Siracusa.

¿Qué efecto tiene el centro de gravedad sobre el equilibrio?

El centro de gravedad determina la estabilidad de los objetos. Los objetos que tienen un centro de gravedad más bajo son más estables que los objetos que tienen un centro de gravedad más alto. Los objetos que tienen un centro de gravedad muy alto se vuelcan cuando se empujan. Los autos de carreras tienen centros de gravedad bajos para permitirles tomar las curvas sin volcarse.

¿Qué pasa con el centro de gravedad de nuestro cuerpo?

En una posición anatómica de nuestro cuerpo, el centro de gravedad se encuentra anterior a la ^2ª vértebra sacra. Sin embargo, tenga en cuenta que, dado que los humanos no permanecen en una posición anatómica fija, la ubicación exacta del centro de gravedad cambia con la posición de las extremidades y el cuerpo.

Centro de gravedad de formas regulares

Un cuerpo uniforme (un cuerpo que tiene su peso distribuido uniformemente) tiene su centro de gravedad ubicado en el centro geométrico del cuerpo. Por ejemplo, una regla métrica uniforme tiene su centro de gravedad en la marca de 50 cm.

El centro de gravedad de las formas regulares también puede estar determinado por la construcción. Por ejemplo;

• Para objetos rectangulares y cuadrados, se construyen líneas diagonales. El centro de gravedad es el punto de intersección de estas dos diagonales.
• Para cuerpos triangulares, construimos bisectrices perpendiculares de los lados. El centro de gravedad es el punto de intersección de las tres líneas.
• Para cuerpos circulares, se construyen diámetros. El centro de gravedad es el punto de intersección de estas líneas.

Ejemplo

Una regla de metro uniforme se equilibra en una marca de 20 cm cuando una carga de 1,2 N se cuelga en la marca cero. Calcula el peso y la masa de la regla del metro.

Solución

Comienza dibujando un diagrama que muestre todas las fuerzas que actúan sobre él.

En equilibrio (equilibrio), la suma del momento en el sentido de las agujas del reloj = suma del momento en el sentido contrario a las agujas del reloj

Mientras calcula los momentos en el sentido de las agujas del reloj, debe tener en cuenta que la regla del metro tiene su peso actuando en la marca de 50 cm. Los momentos en el sentido de las agujas del reloj son iguales al peso de la regla del metro multiplicado por la distancia entre el centro de la regla del metro y el punto del pivote. Por lo tanto, los momentos en el sentido de las agujas del reloj equivalen al peso * 0,3 metros. Los momentos en sentido contrario a las agujas del reloj son iguales al peso de la carga multiplicado por la distancia entre la carga y el pivote. Por lo tanto, los momentos en sentido contrario a las agujas del reloj equivalen a 1,2 Newtons * 0,2 metros.

Ancho * 0,3 m = 1,2 N * 0,2 m

0,3 W = 0,24

W = 0,24/0,3 = 0,8N

Por lo tanto, el peso de la regla del metro es de 0,8 Newtons.

Determine la reacción en el pivote:

Fuerza total hacia arriba = fuerza total hacia abajo

R = 1,2 + W

R= 1,2 + 0,8

R= 2 Newton

Estados de equilibrio

ESTADO DE EQUILIBRIO . Esto se refiere al estado de equilibrio de un cuerpo. Estos estados son de tres tipos diferentes;

• Equilibrio estable . Se dice que un cuerpo está en este estado si vuelve a su posición original después de un ligero desplazamiento. El embudo no se vuelca porque la línea de acción del peso cae en la base del embudo. Esto se aplica en los autobuses modernos donde los maleteros se colocan en la parte inferior para bajar la posición del centro de gravedad. Esto ayuda a aumentar la estabilidad del autobús.
• Equilibrio inestable . Se dice que un cuerpo está en este estado si, después de un ligero desplazamiento, no vuelve a sus posiciones originales sino que ocupa una nueva posición. Los autobuses que transportan equipaje pesado en el portaequipajes superior elevan la posición del centro de gravedad. Esto hace que el autobús sea inestable.
• Equilibrio neutro . Se dice que un cuerpo está en este estado si ocupa una nueva posición similar a la posición original cuando se desplazó ligeramente.

Condiciones para el equilibrio

• La suma de los momentos en el sentido de las agujas del reloj con respecto a cualquier punto es igual a la suma de los momentos en sentido antihorario con respecto al mismo punto.
• La suma de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en una dirección es igual a la suma de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en la dirección opuesta.

Factores que afectan la estabilidad de un cuerpo.

Dos factores afectan la estabilidad de un cuerpo. Están;

• El área de la base de un cuerpo. Los cuerpos con bases más anchas son más estables. Las bases estrechas tienen menos estabilidad.
• La posición del centro de gravedad. Los cuerpos son más estables cuando el centro de gravedad está más bajo.

Aplicación de estabilidad

• Recipientes que contienen líquidos como el matraz cónico de laboratorio con base ancha para mejorar la estabilidad.
• Aplicaciones automotrices. Por ejemplo, los autos de carreras tienen ruedas más anchas y posiciones más bajas del centro de gravedad que los autos ordinarios.
• La mayoría de los autobuses llevan su carga por debajo del nivel de los pasajeros en lugar de en la baca para bajar el centro de gravedad.
• Aeronáutica. Las aeronaves están diseñadas de tal manera que el centro de gravedad cae dentro de un límite dado para que sean estables. Esto les facilita la maniobra.
• movimiento del cuerpo El movimiento del cuerpo también depende del centro de gravedad. Al comprender el centro de gravedad y la estabilidad, entendemos más acerca de la locomoción humana.