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1.1: Cuerpos

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    Carrocerías en Ingeniería Mecánica

    Un cuerpo, para los efectos de la mecánica de ingeniería, es una colección de materia que se analiza como un solo objeto. Esto puede ser algo sencillo como una bola de goma, o puede ser algo hecho de muchas partes como un auto. Lo que puede contar como cuerpo y lo que no puede contar como cuerpo depende de las circunstancias del análisis. En algunas circunstancias en la mecánica de ingeniería, es útil hacer ciertas suposiciones sobre los cuerpos que se están analizando. Por lo general, tendremos que asumir que el cuerpo es rígido o deformable, y también tendremos que asumir que el cuerpo es una partícula o un cuerpo extendido.

    Cuerpos rígidos versus deformables

    Los cuerpos rígidos no se deforman (estiran, comprimen o doblan) cuando se someten a cargas, mientras que los cuerpos deformables sí se deforman. En la actualidad, ningún cuerpo físico es completamente rígido, pero la mayoría de los cuerpos se deforman tan poco que esta deformación tiene un impacto mínimo en el análisis. Por esta razón, solemos asumir en los cursos de estática y dinámica que los cuerpos discutidos son rígidos. En el curso de resistencia de los materiales eliminamos específicamente esta suposición y examinamos cómo los cuerpos se deforman y eventualmente fallan bajo carga.

    No hay límite establecido para determinar si un cuerpo puede aproximarse como rígido, pero hay dos factores a buscar que indican que una suposición de cuerpo rígido no es apropiada. Primero, si el cuerpo se está estirando, comprimiendo o doblando significativamente durante el período de análisis, entonces el cuerpo no debe analizarse como un cuerpo rígido. Segundo, si el cuerpo tiene partes que son libres de moverse entre sí, entonces el cuerpo en su conjunto no debe analizarse como un cuerpo rígido; esto es en cambio una máquina, compuesta por múltiples cuerpos conectados que cada uno necesitará ser analizado por separado.

    Martillo con cabeza de acero y mango recubierto de caucho naranja, sobre fondo blanco.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Este martillo es un buen ejemplo de un cuerpo rígido para su análisis. Se deforma poco bajo uso regular y no tiene ninguna pieza que se mueva una con relación a la otra. Imagen de Dominio Público, sin autor listado.
    Auto azul ocupado por un maniquí de choque, mostrando señales de daños extremos luego de ser estrellado contra una barrera de concreto.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Este auto se deformó significativamente durante la prueba de choque. Al analizar el impacto, no debemos tratar al automóvil como una carrocería rígida. Imagen de Brady Holt CC-BY-3.0.
    Un par de tijeras de seguridad de plástico azul, parcialmente abiertas, sobre un fondo blanco.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Este par de tijeras consta de dos mitades unidas con un remache. Debido a que las dos mitades pueden moverse una respecto a la otra, el par de tijeras en su conjunto no debe tratarse como un cuerpo rígido. Imagen de ZooFari CC-BY-SA 3.0.

    Partículas versus cuerpos extendidos

    Las partículas son cuerpos donde toda la masa se concentra en un solo punto en el espacio. El análisis de partículas sólo tendrá que tomar en cuenta el movimiento de traslación y las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, ya que la rotación no se considera para las partículas. Los cuerpos extendidos, por otro lado, tienen masa que se distribuye a lo largo de un volumen finito. A menudo en la estática de ingeniería, tomaremos un atajo y diremos cuerpos rígidos para describir cuerpos extendidos que también resultan ser rígidos. Esto se debe a que las partículas, como un solo punto, no pueden deformarse. El análisis corporal extendido es más complejo y también tiene que tener en cuenta momentos y movimientos rotacionales. En la actualidad, ningún cuerpo es realmente partículas, pero algunos cuerpos pueden aproximarse como partículas para simplificar el análisis. A menudo se supone que los cuerpos son partículas si los movimientos rotacionales son insignificantes en comparación con los movimientos de traslación, o en sistemas donde no hay momento ejercido sobre el cuerpo, como un sistema de fuerza concurrente.

    Cometa azul-blanco vuela por el espacio, con una serie de estrellas débilmente visibles en el fondo.
    Figura\(\PageIndex{4}\): La rotación de este cometa y los momentos que se ejercen sobre el cometa no son importantes para modelar su trayectoria por el espacio, por lo que lo trataríamos como una partícula. Imagen de Dominio Público por Buddy Nath.
    Una skycam con cuatro cables tensos unidos a ella, manteniéndola suspendida en el aire.
    Figura\(\PageIndex{5}\): Las fuerzas gravitacionales y las fuerzas de tensión en la cámara del cielo actúan a través de un solo punto, haciendo de este un sistema de fuerza concurrente que puede analizarse como una partícula. Imagen de Despeaux CC-BY-SA 3.0.
    Una imagen de cintura abajo de un hombre usando una palanca para levantar listones en una plataforma de madera.
    Figura\(\PageIndex{6}\): La rotación y los momentos serán clave para el análisis de la palanca en este sistema, por lo que la palanca necesita ser analizada como un cuerpo extendido. Imagen de Dominio Público por Pearson Scott Foresman.
    Video\(\PageIndex{1}\): Video conferencia que cubre esta sección, impartida por el Dr. Jacob Moore. Fuente de YouTube: https://youtu.be/-ETzKW31aZI.

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