Equilibrio y centro de gravedad
Los invito a ver el siguiente vídeo:
¿Cómo puede ocurrir esto?
Todas estas cuestiones
tienen que ver con las condiciones de equilibrio y la estabilidad de los
cuerpos. Trataremos de conocer y analizar dichas condiciones, basándonos en
situaciones concretas.
Comencemos con algunas definiciones que nos resultarán útiles en la descripción de los diversos casos.
Comencemos con algunas definiciones que nos resultarán útiles en la descripción de los diversos casos.
- Peso:
Fuerza de atracción gravitatoria sobre un objeto (Es la fuerza, vertical y
hacia abajo, con que la Tierra "tira" del objeto).
- Centro de Gravedad (CG): Es el punto donde puede considerarse que está aplicada la fuerza peso.
Si el cuerpo es simétrico y de un material homogéneo como una esfera
maciza de madera o una arandela, el CG está en el centro mismo del objeto. En
el caso de la arandela el CG está en un lugar donde no hay materia, el centro del
agujero.
Si en cambio el cuerpo tiene forma irregular o no está hecho de un
solo material, el CG se encontrará desplazado hacia la zona "más
pesada".
Tal es el caso de estos cuerpos donde el centro de gravedad se
encuentra localizado en la parte más gruesa.
Debemos recordar también que el peso de un cuerpo es proporcional a la
masa del mismo.
Determinación experimental
del centro de gravedad.
Para realizar nuestro
experimento necesitamos unas figuras planas de cartón, un trozo de hilo, una
tuerca, una regla, un lápiz, un alfiler y una aguja.
Se puede determinar
el centro de geavedad de una figura plana en la
intersección de unas líneas verticales trazadas al suspender libremente la figura desde varios puntos.
Veamos el siguiente video
Veamos el siguiente video
Equilibrio
Si un cuerpo está en reposo, está en equilibrio.
Un cuerpo sobre el que actúa un sistema de fuerzas concurrentes está
en equilibrio si la resultante del sistema es nula.
Ahora vamos a analizar el equilibrio en los cuerpos suspendidos y en
los cuerpos apoyados.
Cuerpos suspendidos
Para realizar nuestro
experimento suspendemos una regla metálica (provista de orificios) por medio de
una varilla-nuez, bien por el orificio del extremo, bien por el orifico
central.
Se tiene así tres posibilidades según la posición relativa del centro de gravedad de la regla (el centro geométrico) y del punto de suspensión.
Completar los espacios en blanco, luego de ver el siguiente video sobre los tipos de equilibrio.
- El cuerpo se coloca de
modo que ambos puntos estén situados en la misma vertical, con el centro de
gravedad por debajo del punto de suspensión. Si se separa la regla metálica de
esta posición ___________ al ser dejada en libertad. Se trata de un equilibrio
estable.
- El cuerpo se coloca de modo que ambos puntos estén situados en la misma vertical, con el centro de gravedad por encima del punto de suspensión. Si se separa la regla de esta posición _________. Se trata de un equilibrio inestable.
- El cuerpo se suspende por el orificio central (el centro de gravedad). El cuerpo permanece en ________ posición. Se trata de un equilibrio indiferente.
- El cuerpo se coloca de modo que ambos puntos estén situados en la misma vertical, con el centro de gravedad por encima del punto de suspensión. Si se separa la regla de esta posición _________. Se trata de un equilibrio inestable.
- El cuerpo se suspende por el orificio central (el centro de gravedad). El cuerpo permanece en ________ posición. Se trata de un equilibrio indiferente.
Cuerpos apoyados
Para estudiar la estabilidad de los cuerpos apoyados veamos primero
que es la
Base de sustentación
Es el polígono que se obtiene envolviendo los puntos de apoyo
Para estudiar la estabilidad de los cuerpos apoyados utilizamos un objeto deformable que tiene una plomada suspendida del centro de gravedad (el centro geométrico del objeto).
Para realizar nuestro
experimento, primero colocamos nuestro objeto en una superficie horizontal y lo
inclinamos (sin deformarlo) y luego lo dejamos apoyado en la superficie
horizontal y lo deformamos (sin inclinarlo).
Completar los espacios en blanco, luego de ver el
siguiente video con la experiencia sobre la estabilidad de los cuerpos apoyados.
En los dos casos vemos que
no vuelca en tanto la vertical trazada por el centro de gravedad ________ a
la base de sustentación. La plomada nos indica la dirección de la
vertical trazada por el centro de gravedad.
Condiciones que aumentan la estabilidad de los cuerpos
apoyados
Este principio de equilibrio no nos dice nada acerca de lo estable que es ese estado.
Fíjense en las dos posiciones en que se encuentra la botella del dibujo. Tanto al estar apoyada sobre la base como estando apoyada sobre el pico, el CG queda ubicado sobre el área de sustentación y, prolongando la fuerza peso, vemos que corta a esa superficie de apoyo.
Sin embargo uno sabe que en el primer caso el equilibrio es más estable que en el segundo. Un leve movimiento rompería fácilmente el equilibrio en el caso de la botella apoyada sobre su pico.
Este principio de equilibrio no nos dice nada acerca de lo estable que es ese estado.
Fíjense en las dos posiciones en que se encuentra la botella del dibujo. Tanto al estar apoyada sobre la base como estando apoyada sobre el pico, el CG queda ubicado sobre el área de sustentación y, prolongando la fuerza peso, vemos que corta a esa superficie de apoyo.
Sin embargo uno sabe que en el primer caso el equilibrio es más estable que en el segundo. Un leve movimiento rompería fácilmente el equilibrio en el caso de la botella apoyada sobre su pico.
Podemos entonces concluir que cuanto mayor sea la base de sustentación
Por ejemplo, la caja de fósforos de la imagen, ubicada de esa manera, es mucho más estable que si se la apoya sobre una de sus caras laterales.
Un caso muy conocido de cuerpo inclinado que no cae es la Torre Inclinada de Pisa. Fue construida para que permaneciera en posición vertical pero comenzó a inclinarse tan pronto como se inició su construcción en agosto de 1173. La altura de la torre es de 56 metros y la inclinación de unos 4°.
El gobierno de Italia solicitó ayuda en 1964 para prevenir su derrumbe. Después de una década de esfuerzos de reconstrucción y estabilización, la torre fue
reabierta al público en el
año 2001 y ha sido declarada estable para al menos
Ahora podemos ver el video
de la llamada Paradoja mecánica
que nos explica porque sube el cono por el plano inclinado.
Actividades
1) ¿Por qué los equilibristas del circo usan una barra larga y curvada para caminar por la cuerda floja?
2) ¿Cuál es el centro de gravedad del cuerpo humano? Investiga en internet.
3) Corta en cartón diferentes figuras y determina su centro de gravedad.
4) Recorta en cartón una tira de unos 3 cm. de ancho y 12 cm. de largo. Hace un agujero en el centro del cartón. Sostenla clavándole un alfiler: en el C.G, por arriba del C.G ,y por debajo del C.G. Anota lo que observas en cada caso.
5) Por qué cuando vas en ómnibus parado, separas los pies?6) ¿Dónde les parece que se encuentra el centro de gravedad de los siguientes cuerpos?:a) Una escobab) Una pelota de básquetc) Un bate de beisbol7) ¿Cómo clasificarían el estado de equilibrio de esta bailarina, estable o inestable? ¿por qué?8) Cuando una persona lleva una valija pesada con la mano izquierda se inclina hacia el lado derecho y en ocasiones separa del cuerpo el brazo derecho ¿para qué hace esto?9) Si a la silla de la imagen se le quita una de las patas delanteras la silla no se cae, pero si se le quita una de las patas traseras, se vuelca. ¿por qué?
10) Cuando una persona al caminar levanta un pie, se desplaza levemente de costado. ¿Para qué hace esto?11)¿Por qué las mujeres embarazadas como la de la imagen se inclinan levemente hacia atrás al estar paradas o caminar?
12) ¿Qué es lo que hace tan inestable la situación de la cabra de la foto?
Actividades extras
Les propongo que miren los siguientes videos y luego realicen por lo
menos dos experiencias cada uno. Sí lo desean pueden hacerlas en grupos de
hasta tres alumnos. Luego las filman, las suben a youtube y las vemos todos.
altos negros
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