Este documento presenta una introducción a la mecánica de cuerpos rígidos y la estática. Explica que la mecánica estudia el movimiento y equilibrio de los cuerpos sometidos a fuerzas y se divide en mecánica de cuerpos rígidos, deformables y fluidos. La estática analiza el equilibrio de los cuerpos en reposo o movimiento uniforme, mientras que la dinámica estudia el movimiento acelerado. También define conceptos clave como fuerza, masa, longitud y tiempo, y explica las le

1. ESTÁTICA
3º Ciclo Arquitectura
Ing. Andrés Cárdenas S.

2. MECÁNICA
 La mecánica es una rama de las ciencias físicas que estudia el estado de
reposo o movimiento de los cuerpos que están sometidos a la acción de
fuerzas.
 En general, esta materia puede dividirse a su vez en tres ramas:
 Mecánica de cuerpos rígidos
 Mecánica de cuerpos deformables
 Mecánica de fluidos.

3.  En esta asignatura estudiaremos la mecánica de cuerpos rígidos puesto que
es un requisito básico para el estudio de la mecánica de cuerpos
deformables y la mecánica de fluidos. Además, la mecánica de cuerpos
rígidos es esencial para el diseño y el análisis de muchos tipos de
elementos estructurales, componentes mecánicos, o dispositivos electrónicos
que pueden encontrarse en la práctica de la ingeniería.

4.  La mecánica de cuerpos rígidos se divide en dos áreas: estática y dinámica. La
estática estudia el equilibrio de los cuerpos, es decir, de aquellos que están
en reposo o se mueven a una velocidad constante; por su parte, la
dinámica estudia el movimiento acelerado de los cuerpos.
 Podemos considerar la estática como un caso especial de la dinámica, en el
que la aceleración es cero; sin embargo, la estática merece un tratamiento
aparte en la enseñanza de la ingeniería porque muchos objetos se diseñan
con la intención de que permanezcan en equilibrio.

5. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA ESTÁTICA
 La materia de estática se desarrolló desde los primeros tiempos de la
historia porque sus principios pueden formularse con facilidad a partir de
mediciones de geometría y fuerza.
 Por ejemplo, los escritos de Arquímedes (287-212 a. C.) tratan del principio de
la palanca. También se tiene registro de estudios sobre la polea, el plano
inclinado y la llave de torsión en escritos antiguos en tiempos en que las
necesidades de ingeniería se limitaban primordialmente a la construcción de
edificios.

6. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
 Antes de comenzar nuestro estudio de la ingeniería
mecánica, es importante comprender el significado de
ciertos conceptos y principios fundamentales.

7. 1, CANTIDADES BÁSICAS
 Longitud. La longitud se usa para localizar la posición de un punto en el
espacio y por lo tanto describe el tamaño de un sistema físico.
 Una vez que se ha definido una unidad estándar de longitud, ésta
puede usarse para definir distancias y propiedades geométricas de un
cuerpo como múltiplos de esta unidad.
 Tiempo. El tiempo se concibe como una secuencia de eventos. Aunque
los principios de la estática son independientes del tiempo, esta cantidad
tiene un papel importante en el estudio de la dinámica.

8.  Masa. La masa es una medición de una cantidad de materia que se usa para comparar la
acción de un cuerpo con la de otro. Esta propiedad se manifiesta como una atracción
gravitacional entre dos cuerpos y proporciona una medida de la resistencia de la materia
a un cambio en su velocidad.
 Fuerza. En general, la fuerza se considera como un “empujón” o un “jalón” ejercido por un
cuerpo sobre otro. Esta interacción puede ocurrir cuando hay un contacto directo entre
los cuerpos, como cuando una persona empuja una pared, o bien puede ocurrir a través
de una distancia cuando los cuerpos están separados físicamente. Entre los ejemplos
del último tipo están las fuerzas gravitacionales, eléctricas y magnéticas. En cualquier
caso, una fuerza se caracteriza por completo por su magnitud, dirección y punto de
aplicación.

9. 2, IDEALIZACIONES.
 Partícula. Una partícula tiene masa, pero posee un tamaño que puede
pasarse por alto. Por ejemplo, el tamaño de la Tierra es insignificante en
comparación con el tamaño de su órbita; por lo tanto, la Tierra puede
modelarse como una partícula cuando se estudia su movimiento orbital.
Cuando un cuerpo se idealiza como una partícula, los principios de la
mecánica se reducen a una forma bastante simplificada, puesto que la
geometría del cuerpo no estará incluida en el análisis del problema.

10.  Cuerpo rígido. Un cuerpo rígido puede considerarse como una combinación de un
gran número de partículas donde todas éstas permanecen a una distancia fija entre
sí, tanto antes como después de la aplicación de una carga.
 Este modelo es importante porque las propiedades del material de todo cuerpo que
se supone rígido, no tendrán que tomarse en cuenta al estudiar los efectos de las
fuerzas que actúan sobre dicho cuerpo. En la mayoría de los casos, las deformaciones
reales que ocurren en estructuras, máquinas, mecanismos, etcétera, son relativamente
pequeñas, y el supuesto de cuerpo rígido resulta adecuado para el análisis.

11.  Fuerza concentrada. Una fuerza concentrada representa el efecto de una carga que
se supone actúa en cierto punto de un cuerpo. Una carga puede representarse
mediante una fuerza concentrada, siempre que el área sobre la que se aplique la
carga sea muy pequeña en comparación con el tamaño total del cuerpo. Un ejemplo
sería la fuerza de contacto entre una rueda y el suelo.

12. 3, LAS TRES LEYES DE MOVIMIENTO DE NEWTON
 Primera ley. Una partícula originalmente en reposo, o que se mue- ve en
línea recta con velocidad constante, tiende a permanecer en este estado
siempre que la partícula no se someta a una fuerza no balanceada.

13.  Segunda ley. Una partícula sobre la que actúa una fuerza no balan- ceada F
experimenta una aceleración a que tiene la misma dirección que la fuerza y
una magnitud directamente proporcional a la fuerza. Si se aplica F a una
partícula de masa m, esta ley puede expresarse de manera matemática como


14.  Tercera ley. Las fuerzas mutuas de acción y reacción entre dos partículas son
iguales, opuestas y colineales,

15.  Ley de la atracción gravitacional de Newton. Poco después de formular sus tres leyes
del movimiento, Newton postuló una ley que gobierna la atracción gravitacional
entre dos partículas cualesquiera. En forma matemática,

16. https://www.youtube.com/watch?v=oorQeURuafw

17.  Peso. De acuerdo con la ecuación de la gravedad, dos partículas cualesquiera o
cuerpos tienen una fuerza de atracción (gravitacional) que actúa entre ellos. Sin
embargo, en el caso de una partícula localizada en la superficie de la Tierra, o cerca de
ella, la única fuerza gravitacional que tiene alguna magnitud significativa es la que
existe entre la Tierra y la partícula. En consecuencia, esta fuerza, conocida como peso,

18.  A partir de la ecuación de la gravedad, es posible desarrollar una expresión aproximada
para encontrar el peso W de una partícula que tiene una masa
 m1 = m. Si se supone que la Tierra es una esfera que no gira, tiene densidad constante y
una masa m2 = MT , entonces si r es la distancia entre el centro de la Tierra y la
partícula, tenemos

19.  Por comparación con F = ma, podemos ver que g es la aceleración debida a la gravedad.
El peso de un cuerpo depende de r, por tal razón no es una cantidad absoluta. En vez de
esto, su magnitud se determina con base en el lugar donde se hizo la medición. Sin
embargo, para la mayoría de los cálculos de ingeniería, g se determina al nivel del mar y
a una latitud de 45°, la cual se considera como la “ubicación estándar”.

20. 4, UNIDADES DE MEDICIÓN
 Las cuatro cantidades básicas —longitud, tiempo, masa y fuerza— no son
independientes entre sí; de hecho, están relacionadas por la segunda ley del
movimiento de Newton, F=ma.
 Por esta razón, las unidades utilizadas para medir las cantidades básicas no
pueden seleccionarse todas de manera arbitraria. La igualdad F=ma se
mantiene sólo si tres de las cuatro unidades, llamadas unidades base, están
definidas y la cuarta unidad se deriva de la ecuación.

21.  Unidades SI. El Sistema Internacional de Unidades, que se abrevia SI por el francés
“Système International d’Unités”, es una versión moderna del sistema métrico que ha
recibido reconocimiento en todo el mundo. Como se muestra en la tabla siguente, el
sistema SI define la longitud en metros (m), el tiempo en segundos (s) y la masa en
kilogramos (kg).
 La unidad de fuerza, llamada newton (N), se deriva de F = ma. Así, 1 newton es igual
a la fuerza requerida para dar a 1 kilogramo de masa una aceleración de

24.  En el sistema de unidades de uso común en Estados Unidos (FPS) la longitud se
mide en pies (ft), el tiempo en segundos (s) y la fuerza en libras (lb), tabla anterior.
La unidad de masa, llamada slug, se deriva de F=ma. De esta manera, 1 slug es
igual a la cantidad de materia acelerada a 1 pie/s2 cuando se somete a una
fuerza de

26. 5, EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
 El sistema SI de unidades se usa de manera extensa en este libro puesto que
está destinado a convertirse en el estándar mundial para realizar mediciones.
Por lo tanto, a continuación presentaremos algunas de las reglas para su uso,
así como parte de su terminología relevante para la ingeniería mecánicade la
ecuación.

27.  Prefijos. Cuando una cantidad numérica es muy grande o muy pequeña, las unidades
usadas para definir su tamaño pueden modificarse mediante el uso de un prefijo. En la
tabla siguiente se muestran algunos de los prefijos usados en el sistema SI. Cada uno
representa un múltiplo o submúltiplo de una unidad que, si se aplica de manera sucesiva,
mueve el punto decimal de una cantidad numérica hacia cada tercera posición

31. EJERCICIOS DE TAREA

33. FIN
GRACIAS
Ing. Andrés Cárdenas S.