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Equilibrio Mecanico

Equilibrio Mecanico
El equilibrio mecanico es un estado estacionario en el que se cumple alguna de estas dos condiciones:

Un sistema esta en equilibrio mecanico cuando la suma de fuerzas y momentos sobre cada partícula del sistema es cero.

Un sistema esta en equilibrio mecanico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero.
La segunda definición es mas general y útil, especialmente en mecanica de medios continuos.
Se dice que un cuerpo se encuentra en equilibrio mecanico, cuando su estado de movimiento como conjunto no cambia en el tiempo. Este concepto es relativo porque el estado de movimiento de un cuerpo depende del sistema de referencia elegido.


Se distingue dos clases de equilibrio: traslacional y rotacional.
Un cuerpo se encuentra en equilibrio traslacional, respecto de cierto sistema de referencia, cuando su centro de masas se encuentra en reposo o se mueve con velocidad constante (movimiento rectilíneo uniforme) respecto de él.
Un cuerpo se encuentra en equilibrio rotacional, respecto de cierto sistema de referencia, cuando este no rota o se encuentra rotando con una velocidad angular constante(movimiento rotacional uniforme), respecto de él.
La definición basada en equilibrio de fuerzas es una partícula en equilibrio no sufre aceleración lineal ni de rotación, pero puede estar moviéndose a velocidad uniforme o rotar a velocidad angular uniforme. Esto es ampliable a un sólido rígido.
Por otro lado, existen tres formas de equilibrio estatico: estable, inestable e indiferente.
Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio estable, agente externo lo aleja ligeramente de su estado de equilibrio original, y lo deja en libertad de movimiento, este retorna inmediatamente a su posición original. En cambio, si este se aleja aún mas de su posición original, se dice que el cuerpo se encuentra en equilibrio inestable.



Finalmente, se dice que un cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente si cuando un agente externo lo aleja ligeramente de su estado de equilibrio original, y lo deja en libertad de movimiento, este no presenta tendencia ni a retornar a su posición original ni a alejarse aún mas de esta.



* Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.
* Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparandola con la inercia de su movimiento.
* Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

Fluido
Es una sustancia que se deforma con el tiempo ante la aplicación de una tensión tangencial sin importar la magnitud de la fuerza aplicada. Se puede adaptar a la forma de todo tipo de recipiente. Losfluidos pueden ser líquidos o gases.

El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. A diferencia, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire.
Fluidos Viscosos
Son aquellos que no fluyen con facilidad de movimiento. Los fluidos viscosos se pueden clasificar en distintos tipos de flujos, considerando la estructura interna del mismo:

1.- Flujo laminar
2.- Flujo en transición
3.- Flujo turbulento

Flujo Laminar
El flujo laminar es conocido a veces como línea aerodinamica el flujo. Ocurre cuando un líquido fluye en capas paralelas, sin la interrupción entre las capas. Es el contrario de flujo turbulento.
Flujo Turbulento
Un flujo es turbulento cuando las partículas del fluido se mueven desordenadamente y las trayectorias forman diminutos remolinos aperiódicos.

Caudal
El caudal es la cantidad de fluido que pasa por una tubería en un determinado lapso de tiempo. Se mide en m3/s en el SI. Ésta se expresa matematicamente por:
Q=Vt=Av
Presión Manométrica
La presión es la entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. En otras palabras, es la división de la fuerza aplicada entre el area de contacto.
P= FA
Las presiones manométricas son aquellas que se miden respecto a la presión atmosférica local. Debemos tomar en cuenta que ésta es negativa siempre que la presión absoluta sea menor que la presión atmosférica y recibe el nombre de “vacío”. Se midenen Pascal (N/m2).
Manómetros
Son dispositivos que miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local.

Se pueden clasificar en:

1. Manómetro de columna de mercurio
2. Manómetro de aire comprimido
3. Manómetro metalico
4. Manómetro de Bourdon

Viscosidad
Es la propiedad que tiene un fluido para oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. Se denota por μ.

Viscosidad Cinematica
Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del producto en cuestión. Se mide en m2/s y se denota por υ:

υ= μρ

Compresibilidad
Es la propiedad que presentan los fluidos para disminuir su volumen al aumentar la presión sobre su superficie. Los gases por lo general, tienen mayor capacidad para comprimirse que los líquidos debido a que sus partículas estan mas separadas.

El módulo de compresibilidad es el cociente, cambiado de signo, entre la variación de presión que experimenta un cuerpo y la variación relativa de volumen correspondiente.

Rugosidad
La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que estan construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los
Las ecuaciones necesarias para realizar un equilibrio mecanico son:

Una partícula o un sólido rígido esta en equilibrio de traslación cuando: la suma de todas las fuerzas queactúan sobre el cuerpo es cero.

En el espacio se tienen tres ecuaciones de fuerzas, una por dimensión; descomponiendo cada fuerza en sus coordenadas resulta:

Y como un vector, es cero, cuando cada una de sus componentes es cero, se tiene:

Un sólido rígido esta en equilibrio de traslación cuando la suma de las componentes de las fuerzas que actúan sobre él es cero.

Un sólido rígido esta en equilibrio de rotación, si la suma de momentos sobre el cuerpo es cero.

En el espacio tiene las tres ecuaciones una por dimensión; por un razonamiento similar al de las fuerzas:

Resultando:


Un sólido rígido esta en equilibrio de rotación cuando la suma de las componentes de los momentos que actúan sobre él es cero.
Un sólido rígido esta en equilibrio si esta en equilibrio de traslación y de rotación.

Se distingue un tipo particular de equilibrio mecanico llamado equilibrio estatico que correspondería a una situación en que el cuerpo esta en reposo, con velocidad cero: una hoja de papel sobre un escritorio estara en equilibrio mecanico y estatico, un paracaidista cayendo a velocidad constante, dada por la velocidad límite estaría en equilibrio mecanico pero no estatico.





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