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

 

¡no me salen!

 
NMS s2.06 - ¿En cuál de los cascanueces de la figura se realiza menor fuerza para vencer una resistencia de 0,2 kgf?
Ok, bonito y sencillo ejercicio. tenés que tener cuidado con los dedos, nada más. Como siempre, para un problema de estática, empezamos con los DCLs, uno para cada herramienta.    

Estas dos heramientas se llaman: a) tenaza y b) cascanueces. Vamos a tratar de ver cómo es más fácil romper las nueces, si con una tenaza o con un cascanueces.

Lo primero que te doy permiso de quejarte es de que mis DCLs tienen las formas de las herramientas un poco desvirtuadas. Tenés razón, pero hice una aclaración del tema "forma del cuerpo rígido" en el ejercicio que sigue, si querés miralo y volvé.

A la fuerza que hace la nuez para evitar ser rota la llamé N, (con sus subíndices y comas, para identificarlas entre ellas: la que actúa sobre cada herramienta y sobre cada brazo).

 

En el extremo derecho dibujé las fuerzas que se hacen con la mano para romper la nuez. Ya sé que la mano no actúa en el extremo de la herramienta sino en una buena parte del "mango", pero a los fines de la comparación entre las dos herramientas vamos a hacer esa conceción.

Hay otra cosa más por la que podés quejarte: te habrás dado cuenta que todas las fuerzas N las dibujé del mismo largo. Es que es obvio que son todas iguales. La nuez se resiste por igual si la quieren reventar con una tenaza o con una prensa hidráulica o aplastándola (no es que la nuez diga ah... con vos no me resisto, las nueces suelen ser irracionales).

En cambio, no dibujé del mismo largo las fuerzas M, las que hace la mano. El motivo es que yo ya sé cómo termina el problema: es más efectivo el cascanueces, o sea es menor la fuerza que hay que hacer en el mango del cascanueces. Pero que yo lo sepa no importa, el módulo de las fuerzas lo vamos a conocer sin lugar a dudas con el uso de las ecuaciones. Lo que sí importa cuando hacés un DCL es que pongas bien la dirección y el sentido de las fuerzas, que no te comas ninguna ni inventes otras (esos son los errores comunes y el ejercicio se va al bombo irremediablemente).

Y no me importó el largo de las fuerzas que cada brazo hace sobre su par en la bisagra de cada herramienta, B (con sus subíndices y comas). Si asumís a la herramienta como un todo -sus dos brazos- la fuerza en la bisagra bien puede considerarse una fuerza interna e ignorarla. Pero para la resolución del ejercicio vamos a tener en cuenta cada brazo de cada herramienta por separado, así que dibujé -en verde- las cuatro fuerzas.

Por último, antes de ponernos a resolver, tené en cuenta que cada herramienta está formada por dos partes rígidas. Y alcanza con plantear la ecuación de equilibrio de momentos para un brazo sólo de cada herramienta (ya que las fuerzas que actúan sobre el otro brazo son idénticas).

Bueno basta de análisis y consejos. Resolvamos (tomo centro de momentos en la bisagra de cada herramienta, y te los copio de vuelta representando un solo brazo de cada herramienta para simplificarte las cosas):

 

Caso a)

        Na . 4 cm = Ma . 12 cm

        Ma = Na . 4 cm / 12 cm

        Ma = Na / 3               

        Ma = 0,2 kgf/ 3            [1]

caso b)

        Nb . 4 cm = Mb . 16 cm

        Mb = Nb . 4 cm / 16 cm

       Mb = Nb / 4                

       Mb = 0,2 kgf/ 4            [2]

de [1] y [2] obtengo

Si se toma como centro de momentos la bisagra de cada herramienta, entonces el momento de la fuerza en la bisagra es nulo.
  Ma = 0,067 kgf, y Mb = 0,050 kgf  
 

Como ves, para romper la nuez tenés que hacer menos fuerza con un cascanueces que con una tenaza (del mismo tamaño). Incluso si divido [2] por [1] veo que el esfuerzo con el cascanueces es 3/4 menor que con la tenaza.

Me pregunto por qué seguirán fabricando tenazas y pinzas, existiendo los cascanueces que son más efectivos. ¿Será que las nueces engordan?

 
 
   
DESAFIO: Supongamos que ahora la nuez tiene el doble de diámetro. ¿Cómo varían las respuestas de este ejercicio?  
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