Frances Physics: Apoyos y reacciones

Los apoyos son restricciones que se le imponen a las estructuras para impedir que se desplacen de cualquier forma, salvo aquellas para las cuales se han diseñado. De esta manera, también se pueden impedir las rotaciones no deseadas.

Un apoyo que impide la traslación de un cuerpo en una cierta dirección dada, ejerce una fuerza sobre el objeto en dicha dirección, y si el apoyo evita una rotación, debe ejercer el correspondiente momento de par sobre el cuerpo.

Los elementos que conforman la construcción se encuentran vinculados a través de soportes y apoyos, que limitan el movimiento de los elementos y dan forma a la estructura. Fuente: Pixabay.

Un ejemplo de apoyo utilizado ampliamente en la vida diaria es una superficie horizontal, como la de una mesa, el suelo, etc. La superficie horizontal impide que un cuerpo caiga, ejerciendo una fuerza conocida, llamada fuerza normal, que este caso es vertical hacia arriba, aunque esto puede cambiar si la superficie se orienta de otra manera, véase la figura más abajo.

Otro apoyo muy conocido es la cuerda, para sujetar objetos como una lámpara, por ejemplo, impidiendo movimientos verticales.

La lámpara cuelga del techo a través de un soporte, que en este caso es el cable que la sostiene e impide que se desplace verticalmente hacia abajo. Pese a ello, la lámpara podría moverse de otras maneras. Fuente: Pixabay.

Apoyos en el plano

La siguiente es una lista con los apoyos más comunes:

Superficie sin rozamiento

La superficie sin rozamiento limita el movimiento en una sola dirección, más no impide que el objeto se mueva tangencialmente sobre la superficie. En todo caso, la fuerza que ejerce es perpendicular a ella y se denota como N:

Superficie con rozamiento

En este caso, además de la normal, se considera el roce, que se opone al movimiento o a la intención de este. Por lo tanto, este apoyo ejerce dos fuerzas, o si se prefiere, una fuerza desconocida cuyas componentes son la normal y el roce, ambas perpendiculares. El elemento tiene libertad para rotar alrededor de un eje perpendicular a la pantalla.

Rodillos y patines

Limitan el movimiento vertical, pero permiten el movimiento horizontal, por lo tanto, ejercen una sola fuerza de reacción vertical. También permiten que el objeto rote, ya sea en sentido horario o en sentido antihorario.

Cables y eslabones

A través de una cuerda se establece una tensión, mientras que los eslabones pueden trabajar a tensión o a compresión. Nótese que la fuerza está dirigida siempre a lo largo del elemento.

Collarines y pernos sin fricción

Ejercen sobre el elemento una reacción perpendicular a la barra del collarín o a la ranura por la que desliza el perno. El elemento podrá moverse a lo largo de la barra por la que pasa el collarín, en el caso del perno, el movimiento está limitado por el tamaño de la ranura.

Articulación o bisagra

No permite desplazamientos, pero sí permite rotaciones alrededor del eje por donde pasa el pin de la articulación.

Empotramiento

Restringe los desplazamientos y las rotaciones de cualquier tipo.

Instrucciones para resolver ejercicios con apoyos

-Identificar correctamente los soportes presentes y dibujar el diagrama de cuerpo libre según las indicaciones dadas arriba.

-Si el soporte impide que el objeto se traslade en determinada dirección, entonces la fuerza que ejerce también se encuentra en dicha dirección. El sentido puede dibujarse arbitrariamente, ya que el signo del resultado indicará si la suposición fue correcta, si resulta negativo, entonces la fuerza tiene el sentido contrario.

-Si el soporte impide la rotación del cuerpo, ejerce un momento sobre él.

-Los momentos producidos por un parde fuerza son vectores libres.

-Las fuerzas pueden dibujarse en cualquier parte de su línea de acción, ya que son vectores deslizantes.

-Una vez dibujado el diagrama de cuerpo libre, se procede a aplicar las condiciones de equilibrio estático de un cuerpo, acá se deja el link.

Ejemplo resuelto

En la viga liviana que se muestra en la siguiente figura, no se considere su espesor. Hallar las reacciones en los soportes A y B, suponiendo que está en equilibrio estático.