NO ME SALEN
   (EJERCICIOS RESUELTOS Y APUNTES TEÓRICOS DE FÍSICA)
   Estática

 

¡no me salen!


CUPLA o PAR DE FUERZAS
o TORQUE

Uno de los efectos más curiosos que explica el concepto de momento de una fuerza es lo que se conoce como cupla o par de fuerzas, y que aparece cuando dos fuerzas iguales y opuestas actúan en rectas paralelas sobre un cuerpo extenso, como ilustra la figura.

Si no hay más fuerzas actuando sobre el cuerpo, este no puede estar en equilibrio, ya que aunque la suma de fuerzas vale cero, la suma de momentos no: debe estar rotando.

Mcupla = MF1 + MF2

El momento de la cupla es igual al momento de F1 más el momento de F2. Y lo curioso es que es independiente del punto que elijamos para tomar como centro de momentos (o centro de rotación). Vale siempre lo mismo.

   

Hagamos la prueba con algunos casos; primero tomemos el centro de rotación en el punto de aplicación de F1. A ese punto lo llamaremos U.

UMcupla = UMF1 + UMF2

   

Está claro que el momento de F1 vale cero porque la distancia entre su recta de acción y el punto es cero.

UMcupla = UMF2

UMcupla = F2 . d2

Pero d2 no es otra cosa que la distancia entre las paralelas, d. Recordando que F1 y F2 son iguales y asignando signos a los momentos, nos queda que:

   

UMcupla = F . d

Ahora tomemos como centro de rotaciones al punto de aplicación de F2. A ese punto lo llamaremos D.

   

Está claro que el momento de F2 vale cero porque la distancia entre su recta de acción y el punto es cero.

DMcupla = DMF1

DMcupla = F1 . d1

Pero d1 no es otra cosa que la distancia entre las paralelas. Recordando que F1 y F2 son iguales y asignando signos a los momentos, nos queda que:

   

DMcupla = F . d

Ahora tomemos como centro de rotaciones un punto cualquiera que sea externo a la franja delimitada por las paralelas. A ese punto lo llamaremos E.

   

EMcupla = EMF1 + EMF2

Ahora el momento de F1 será positivo mientras que el de F2 negativo.

EMcupla = F1 . d1 F2 . d2

Como las fuerzas son iguales las puedo llamar direcatmente F y sacarla como factor común.

EMcupla = F . (d1 d2)

   

Pero la diferencia entre esas distancias no es otra cosa que d, la distancia entre las paralelas. De modo que volvemos a obtener:

EMcupla = F . d

Te dejo a vos que hagas la prueba para un punto del interior de la franja determinada por las paralelas. Concluiremos que el momento de una cupla integrada por dos fuerzas iguales, F, actuando en paralelas separadas una distancia d es igual a:

Mcupla = F . d

Independiente de cualquier eje o centro de rotación. Y que, como todo momento de fuerzas, mediremos en Nm.

Otra curiosidad de las cuplas es que una cupla sólo puede ser equilibrada por otra cupla. Esa cupla equilibrante debe tener el mismo momento y sentido contrario al de la cupla que quiere equilibrar.

   
     
CHISMES IMPORTANTES:    
  • En la situación más corriente de acción de las cuplas el cuerpo gira sobre un eje que equidista del punto de acción de cada fuerza, o sea justo en la mitad.
  • Los cuerpos que giran suelen tener su masa distribuida siméticamente en torno al eje de giro; curioso, ¿no?
   
PREGUNTAS CAPCIOSAS:  

  • ¿Cómo funciona un destornillador? Ya sé que todo el mundo sabe usarlo... ¿pero podrás vos intentar explicarlo?
 
   
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