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Fuerzas en equilibrio: estático, dinámico y aplicaciones

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Respuesta rápida

Equilibrio de fuerzas: $\sum \vec{F}=0$ . Estático: reposo ( $v=0$ ). Dinámico: MRU ( $v$ constante). Ejemplos: libro sobre mesa, puente colgante, edificaciones.

📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 194

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Secundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

Ejercicio 1

Análisis del contenido

La página presenta el concepto de equilibrio de fuerzas o equilibrio mecánico. No contiene ejercicios numéricos, por lo que se desarrolla una explicación rigurosa de la teoría.

Ejercicio 1

Condición de equilibrio

Un cuerpo está en equilibrio cuando la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero:

$\sum \vec{F} = 0$

En componentes:

$\sum F_x = 0, \quad \sum F_y = 0$

Ejercicio 2

Ejemplo: libro sobre una mesa

Sobre el libro actúan dos fuerzas verticales:

El peso $\vec{P} = m\vec{g}$ hacia abajo.
La fuerza normal $\vec{N}$ de la mesa hacia arriba.

Como el libro no se mueve:

$N - P = 0 \Rightarrow N = P = mg$

Ejercicio 3

Tipos de equilibrio

Tipo	Característica	Velocidad	Aceleración
Estático	Cuerpo en reposo	$v = 0$	$a = 0$
Dinámico	Movimiento rectilíneo uniforme	$v = \text{constante} \ne 0$	$a = 0$

En ambos casos $\sum \vec{F} = 0$ .

Ejercicio 4

Puente colgante

Los cables trabajan a tensión. Cuando una persona camina sobre el puente, su peso se distribuye entre los cables. Si un cable se rompe, la suma de fuerzas deja de ser cero y el puente pierde estabilidad.

Ejercicio 5

Edificación

Las columnas inferiores soportan el peso de los pisos superiores mediante compresión; el acero interno redistribuye las cargas y la tensión interna neutraliza la estructura. Se cumple:

$\sum F_{\text{peso}} = \sum F_{\text{tensión}} + \sum F_{\text{compresión}}$

Respuesta orientativa: El equilibrio de fuerzas ocurre cuando la suma vectorial de todas las fuerzas es nula, lo que produce reposo (equilibrio estático) o velocidad constante (equilibrio dinámico).

Contenido de la página

Fuerzas en equilibrio

Diariamente se ven objetos que tienen equilibrio mecánico, también conocido como equilibrio de fuerzas, y un ejemplo es el de un libro sobre una mesa. En principio, su propio peso actúa sobre él, pero también la fuerza de la mesa, al estar en contacto con este. De esta forma, el peso se anula con la fuerza de contacto, lo que provoca un equilibrio de fuerzas, y el resultado es que el libro no se mueve.

Un cuerpo o sistema de cuerpos puede tener dos tipos de equilibrio: estático y dinámico. El equilibrio estático se refiere a que un cuerpo o sistema de cuerpos no experimenta cambios en su posición o velocidad, es decir, se encuentra en reposo. Por otro lado, el equilibrio dinámico se refiere a que un cuerpo o sistema de cuerpos se mueve con un movimiento rectilíneo uniforme, en otras palabras, tiene una velocidad constante. Es importante considerar, en ambos casos, que las fuerzas que actúan sobre el cuerpo o sistema se anulan unas a otras, es decir, su suma es igual a cero.

Un ejemplo más complejo sobre fuerzas en equilibrio está en las ejercidas sobre un puente colgante. Cuando una persona camina sobre él, los cables o cuerdas se tensan de tal forma que las fuerzas de tensión se distribuyen y anulan el peso de la persona dándole estabilidad, pero para poder pasar de un lado a otro, si alguna cuerda se rompe, el puente dejará de ser estable y la persona podría caerse.

En la imagen se observa que cada cable en el puente está equilibrado al actuar fuerzas de tensión en la misma dirección y magnitud, pero en sentido contrario.

También existen fuerzas en equilibrio en la estructura de una edificación, donde el peso de cada material es neutralizado por la tensión y compresión. Así, las columnas inferiores neutralizan el peso de los techos, de los muros y de las columnas de los pisos más altos; mientras que el acero interno redistribuye el peso, y con la tensión que hay en él se logra neutralizar la estructura.

Ejemplos resueltos

Un libro de masa $m = 1.5\,\text{kg}$ está en reposo sobre una mesa horizontal. Calcula la fuerza normal que ejerce la mesa sobre el libro.

Identificamos las fuerzas: peso $P = mg$ hacia abajo y normal $N$ hacia arriba.
Condición de equilibrio vertical: $N - P = 0$ .
Sustituimos: $N = mg = (1.5\,\text{kg})(9.8\,\text{m/s}^2) = 14.7\,\text{N}$ .

Respuesta: $N = 14.7\,\text{N}$ .

Tabla

Tipo de equilibrio	Estado del cuerpo	Velocidad	Aceleración	Condición
Estático	En reposo	$v = 0$	$a = 0$	$\sum \vec{F} = 0$
Dinámico	En movimiento rectilíneo uniforme	$v = \text{constante} \ne 0$	$a = 0$	$\sum \vec{F} = 0$

Diagrama

graph TD
  A[Equilibrio de fuerzas] --> B[Estático]
  A --> C[Dinámico]
  B --> B1[Reposo: v = 0]
  C --> C1[Movimiento rectilíneo uniforme: v constante]
  A --> D[Condición: suma de fuerzas = 0]
  D --> E[Ejemplo: libro sobre mesa]
  D --> F[Ejemplo: puente colgante]
  D --> G[Ejemplo: edificación]

Fórmulas y ecuaciones

$\sum$ $\vec{F}$ = 0

N = mg

$\sum$ $\vec{F}$ = 0

$\sum$ $F_x$ = 0, $\quad$ $\sum$ $F_y$ = 0

N = P = mg

$\sum$ $F_{@@MATH_0@@\text{tensión}$ } + $\sum$ $F_{$ $\text{compresión}$ }

Glosario (6)

Equilibrio mecánico: Estado en el que la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero.
Equilibrio estático: Estado de un cuerpo en reposo, sin cambios de posición ni velocidad.
Equilibrio dinámico: Estado de un cuerpo que se mueve con velocidad constante en línea recta (MRU).
Fuerza de contacto: Fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo que está en contacto con ella; también llamada fuerza normal.
Tensión: Fuerza que transmiten cuerdas, cables o elementos estructurales cuando son estirados.
Compresión: Fuerza que tiende a acortar o aplastar un cuerpo; es opuesta a la tensión.

Preguntas para practicar

¿Por qué un libro sobre una mesa se encuentra en equilibrio?

Porque sobre él actúan dos fuerzas verticales opuestas: su peso hacia abajo y la fuerza normal de la mesa hacia arriba. Ambas tienen igual magnitud, por lo que se anulan y la suma vectorial de fuerzas es cero.

¿Qué diferencia hay entre equilibrio estático y dinámico?

En el equilibrio estático el cuerpo permanece en reposo ($v=0$), mientras que en el dinámico se mueve con velocidad constante en línea recta (MRU). En ambos casos la aceleración es cero y $\sum \vec{F}=0$.

¿Qué ocurriría si se rompe un cable de un puente colgante?

Al romperse un cable, la distribución de tensiones se altera y la suma de fuerzas deja de ser cero. El puente pierde estabilidad y podría colapsar, ya que el peso de la persona y del propio puente no se neutralizaría correctamente.

Temas y conceptos clave

Equilibrio de fuerzasEquilibrio estáticoEquilibrio dinámicoAplicaciones en puentes y edificacionesEquilibrio mecánicoSuma vectorial de fuerzas igual a ceroFuerza de contacto o normalTensiónCompresiónMovimiento rectilíneo uniforme

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Figuras de la página (2)

Diagrama de un libro sobre una mesa con dos flechas: una roja hacia arriba etiquetada 'Fuerza de la mesa sobre el libro' y una azul hacia abajo etiquetada 'Peso del libro'. — Figura 1 image

Fotografía de un puente colgante sobre un cañón, con flechas amarillas que indican fuerzas de tensión en los cables. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuál es la diferencia entre equilibrio estático y dinámico?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué condición matemática debe cumplirse para que un cuerpo esté en equilibrio?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cómo se aplican las fuerzas de tensión y compresión en un puente colgante?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Concepto de fuerza y sus unidades (newton)
• Vectores y suma vectorial
• Peso como fuerza (P = mg)
• Primera ley de Newton

Siguiente tema sugerido

Leyes de Newton y diagramas de cuerpo libre

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 2069 caracteres

Fuerzas en equilibrio

Diariamente se ven objetos que tienen equilibrio mecánico, también conocido como equilibrio de fuerzas,y un ejemplo es el de un libro sobre una mesa. En principio, su propio peso actúa sobre él, pero también la fuerza de la mesa, al estar en contacto con éste. De esta forma, el peso se anula con la fuerza de contacto,lo que provoca un equilibrio de fuerzas, y el resultado es que el libro no se mueve.

Un cuerpo o sistema de cuerpos puede tener dos tipos de equilibrio: estático y dinámico. El equilibrio estático se refiere a que un cuerpo o sistema de cuerpos no experimenta cambios en su posición o velocidad, es decir, se encuentra en reposo. Por otro lado, el equilibrio dindmico se refiere a que un cuerpo o sistema de cuerpos se mueve con un movimiento rectilineo uniforme, en otras palabras,tiene una velocidad constante. Es importante considerar, en ambos casos, que las fuerzas que actúan sobre el cuerpo o sistema se anulan unas a otras, es decir,su suma es igual a cero.

En la imagen se observa que cada cable en el puente está equilibrado al actuar fuerzas de tensión en la misma dirección y magnitud, pero en sentido contrario.

求

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También existen fuerzas en equilibrio en la estructura de una edifi cación, donde el peso de cada material es neutralizado por la tensión y compresión. Así, las columnas inferiores neutralizan el peso de los techos, de los muros y de las columnas de los pisos más altos; mientras que el acero interno redistribuye el peso, y con la tensión que hay en él se logra neutralizar la estructura.

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