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Fuerzas en equilibrio: estático y dinámico

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Respuesta rápida

Un cuerpo está en equilibrio cuando $\sum \vec{F} = 0$ . Equilibrio estático: reposo ( $v=0$ ). Equilibrio dinámico: MRU ( $v$ constante). Ejemplos: libro sobre mesa, puente colgante y edificaciones.

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Solución — Página 194

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

Análisis de la página

La página es teórica y no contiene ejercicios con literales ni cálculos numéricos. Por ello se explica el contenido con rigor y se resuelven las ideas clave.

Idea central

Un cuerpo o sistema de cuerpos está en equilibrio mecánico (o equilibrio de fuerzas) cuando la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero:

$\sum \vec{F} = 0$

Esto implica que, componente a componente:

$\sum F_{x} = 0, \qquad \sum F_{y} = 0$

Ejemplo 1: el libro sobre la mesa

Sobre el libro actúan dos fuerzas verticales:

El peso del libro, $\vec{P} = m\vec{g}$ , dirigido hacia abajo.
La fuerza normal de la mesa sobre el libro, $\vec{N}$ , dirigida hacia arriba.

Como el libro no se mueve, se cumple:

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

Respuesta: el peso y la fuerza de contacto se anulan; la fuerza neta es cero y el libro permanece en reposo.

Ejemplo 2: tipos de equilibrio

Equilibrio estático: el cuerpo está en reposo, su posición y velocidad no cambian ( $v = 0$ ).
Equilibrio dinámico: el cuerpo se mueve con movimiento rectilíneo uniforme (MRU), es decir, con velocidad constante ( $v = \text{constante}$ , $a = 0$ ).

En ambos casos la condición física es la misma: $\sum \vec{F} = 0$ .

Ejemplo 3: el puente colgante

Cuando una persona camina sobre el puente, los cables se tensan. Las fuerzas de tensión se distribuyen y anulan el peso de la persona, dándole estabilidad. Si una cuerda se rompe, la suma de fuerzas deja de ser cero y el puente pierde estabilidad.

En la imagen, cada cable está equilibrado porque actúan fuerzas de tensión de igual magnitud y dirección, pero sentido contrario.

Ejemplo 4: la edificación

En una construcción, el peso de cada material es neutralizado por la tensión y la compresión:

Las columnas inferiores neutralizan el peso de techos, muros y columnas superiores.
El acero interno redistribuye el peso y, con la tensión que soporta, logra neutralizar la estructura.

Respuesta orientativa: el equilibrio de fuerzas explica por qué estructuras como puentes y edificios permanecen estables: las fuerzas se compensan entre sí y la resultante es nula.

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 $m$ está en reposo sobre una mesa horizontal. ¿Qué fuerzas actúan y por qué está en equilibrio?

Sobre el libro actúan el peso $\vec{P} = m\vec{g}$ hacia abajo y la fuerza normal $\vec{N}$ de la mesa hacia arriba. Como está en reposo, $\sum F_{y} = N - P = 0$ , por lo que $N = P = mg$ . La fuerza neta es cero y el libro no se mueve.

¿Por qué un puente colgante puede sostener a una persona que camina sobre él?

Los cables se tensan y las fuerzas de tensión se distribuyen de modo que anulan el peso de la persona. La suma de fuerzas sobre el sistema es cero, lo que da estabilidad al puente. Si una cuerda se rompe, el equilibrio se pierde y el puente deja de ser estable.

Tabla

Tipo de equilibrio	Estado del cuerpo	Velocidad	Condición
Estático	Reposo	$v = 0$	$\sum \vec{F} = 0$
Dinámico	Movimiento rectilíneo uniforme	$v$ constante	$\sum \vec{F} = 0$

Diagrama

graph TD
  A[Fuerzas en equilibrio] --> B[Equilibrio estatico]
  A --> C[Equilibrio dinamico]
  B --> D[Reposo: v = 0]
  C --> E[Movimiento rectilineo uniforme: v constante]
  A --> F[Condicion: suma de fuerzas = 0]
  F --> G[Ejemplo: libro sobre mesa]
  F --> H[Ejemplo: puente colgante]
  F --> I[Ejemplo: edificacion]

Fórmulas y ecuaciones

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

N = P = mg

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

$\sum$ $F_{x}$ = 0, $\quad$ $\sum$ $F_{y}$ = 0

N = P = mg

Glosario (7)

Equilibrio mecánico: Estado en el que la suma 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.
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 material.
Movimiento rectilíneo uniforme: Movimiento en línea recta con velocidad constante y aceleración nula.

Preguntas para practicar

¿Cuál es la diferencia entre equilibrio estático y equilibrio dinámico?

En el equilibrio estático el cuerpo está en reposo, con velocidad cero. En el equilibrio dinámico el cuerpo se mueve con movimiento rectilíneo uniforme, es decir, con velocidad constante. En ambos casos la suma de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero.

¿Por qué se dice que el peso del libro se anula con la fuerza de contacto de la mesa?

Porque ambas fuerzas tienen la misma magnitud y dirección, pero sentidos opuestos. Al sumarlas vectorialmente el resultado es cero, por lo que el libro permanece en reposo sobre la mesa.

¿Qué ocurriría con la estabilidad de un puente colgante si se rompe uno de sus cables?

Al romperse un cable, las fuerzas de tensión dejan de distribuirse de manera equilibrada y la suma de fuerzas ya no es cero. El puente pierde estabilidad y podría colapsar, poniendo en riesgo a las personas que lo cruzan.

Temas y conceptos clave

Equilibrio mecánicoEquilibrio de fuerzasEquilibrio estáticoEquilibrio dinámicoAplicaciones en puentes y edificacionesEquilibrio mecánicoSuma vectorial de fuerzas igual a ceroEquilibrio estáticoEquilibrio dinámicoMovimiento rectilíneo uniformeTensiónCompresiónFuerza de contacto o normal

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Figuras de la página (2)

Esquema de un libro sobre una mesa con dos flechas: una hacia arriba que representa la fuerza de la mesa sobre el libro y otra hacia abajo que representa el peso del libro. — Figura 1 image

Fotografía de un puente colgante sobre un cañón, con cables tensados y flechas amarillas que indican las fuerzas de tensión en sentidos opuestos. — 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.

¿Por qué un libro sobre una mesa está en equilibrio?

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

¿Cómo se mantiene estable un puente colgante?

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📌 Antes de leer esto

• Concepto de fuerza y sus unidades (newton)
• Representación vectorial de fuerzas
• Noción de peso como fuerza ($P = mg$)
• Movimiento rectilíneo uniforme

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 esigual 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.

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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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