Fuerzas concurrentes

Los componentes de un sistema de fuerzas concurrentes forman ángulos entre sí, que se pueden graficar en un sistema de coordenadas cartesianas ($x$ y $y$).

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Fuerzas concurrentes

Método del paralelogramo

Los sistemas concurrentes son aquellos sistemas en los cuales hay fuerzas con direcciones distintas pero que se cruzan en un punto determinado, ya sean sus vectores o sus prolongaciones.

Los componentes de un sistema de fuerzas concurrentes forman ángulos entre sí, que se pueden graficar en un sistema de coordenadas cartesianas ($x$ y $y$).

Para hallar la resultante en estos casos se debe trabajar con las fórmulas de seno, coseno y el teorema de Pitágoras.

Como recuerdas las cantidades vectoriales no se suman como las escalares. Una velocidad de 2 Km/h sumada con otra velocidad de 3 Km/h, no necesariamente da como resultado 5 Km/h.

Para encontrar la resultante de dos vectores en un sistema convergente se utiliza el método del paralelogramo, primero debes asegurarte de dibujar los vectores con el mismo punto de origen.

El método del paralelogramo es un procedimiento gráfico sencillo que permite hallar la suma de dos vectores.

Primero se dibujan ambos vectores ($a$ y $b$) a escala, con el punto de aplicación común.

Seguidamente, se completa un paralelogramo, dibujando dos segmentos paralelos a ellos.

El vector suma resultante ($a + b$) será la diagonal del paralelogramo con origen común a los dos vectores originales.

Veamos un ejemplo:

Se tienen dos fuerzas representadas por los vectores en un plano, $a = (1,2)$ y $b = (3,0)$. ¿Cuál es el vector suma a+b?

Para utilizar el método del paralelogramo, se dibujan los vectores desde un mismo punto de origen.

Después, se dibujan dos segmentos paralelos que empiezan donde finalizan los vectores a y b, formando un paralelogramo.

Como resultado, se obtendrá el vector suma ($a$ + $b$), que es la diagonal del paralelogramo con origen en el punto de aplicación de ambos vectores.

El vector resultante es:

$(1,2) + (3,0) = (1+3) + (2+0) = (4,2)$

¿Qué hacemos cuando tenemos ángulos?

Para utilizar el método del paralelogramo es necesario tener en cuenta los ángulos que se forman (alternos internos). Algo muy importante es recordar que la suma de los ángulos internos de un paralelogramo es $360°$, y que la suma de los ángulos internos de un triángulo es $180°$.

Para ayudarnos a comprender mejor, veamos el siguiente ejemplo:

Se tienen dos fuerzas, la primera de $400 N$ con $29°$ con respecto a $y$, la segunda de $480 N$ con $21°$ con respecto a $x$. La fuerza resultante tiene un ángulo de $26°$ con respecto a $y$. ¿Cuál es la fuerza resultante? Calcular su magnitud y su dirección con respecto al eje $x$.

Primero dibujemos el sistema de fuerzas.

Como lo hicimos antes, vamos a trazar las rectas paralelas para construir el paralelogramo

La fuerza resultante será el vector que sale del origen y hasta el cruce de las rectas

Recordemos que el ángulo entre los ejes es de $90°$, si tenemos $21°$ y $26°$ los sumamos y tenemos $21° + 26° = 43°$, el ángulo es de $43°$

Para determinar el valor de la fuerza resultante usaremos la ley de los senos

$\frac{400}{sen \, 43°} = \frac{480}{sen \, ∝} = \frac{FR}{sen \, y}$

Usamos las dos primeras igualdades

$\frac{400}{sen \, 43°} = \frac{480}{sen \, ∝}$

$Sen \, 43° = 0.6819$

$\frac{400}{sen \, 0.6819} = \frac{480}{sen \, ∝}$

$586.51 = \frac{480}{sen \, ∝}$

$sen \, ∝ = \frac{480}{586.51} $

$sen \, ∝ = 0.8184$

Obtenemos el sen-1 usa tu calculadora para obtener este valor

$∝ \, = 54.93 ≈ 55°$

Recordemos que la suma de los ángulos interiores de un triángulo son $180°$, por lo que

$43° + 55° + γ = 180°$

$98° + γ = 180°$

$γ = 180° - 98°$

$γ = 82°$

Usamos nuevamente la igualdad anterior

$\frac{400}{sen \, 43°} = \frac{480}{sen \, 55°} = \frac{FR}{sen \, 82°}$

Usemos el primer y el último elemento, de cálculos anteriores se tiene

$\frac{400}{sen \, 43°} = 586.51$

$586.51 = \frac{RF}{sen \, 82°}$

$Sen 82° = 0.990$

$586.51 = \frac{RF}{0.990}$

$(586.51)(0.990) = RF$

$RF = 580.65$

Por lo que la fuerza resultante es de 580.65 $N$

Su dirección con respecto a x la obtenemos con el ángulo que hay entre FR y el eje, por lo que tenemos

$43° + 21° = 64°$

Autoevaluación

Esperamos que este tema te resulte interesante, pues es muy importante cuando queremos sumar vectores. Te invitamos a fortalecer tu aprendizaje resolviendo el siguiente reto.

Observa la figura siguiente

Si la dirección de la resultante con respecto a $x$ es $19°$, usando el método del paralelogramo, obtén el valor de la resultante.

Califica tus resultados de acuerdo a la siguiente rúbrica.

Rúbrica de evaluación. Aquí class

Respuestas. Aquí class

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