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Física avanzada 1 (AP Physics 1)

Curso: Física avanzada 1 (AP Physics 1) > Unidad 7

Lección 3: Torca y equilibrio
Ciencia
Física avanzada 1 (AP Physics 1)
Torca y momento angular
Torca y equilibrio
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Repaso de torca y equilibrio

Google Classroom
Repasa el concepto de torca y cómo es afectado por la fuerza aplicada y el brazo de palanca. 

Términos clave

Término (símbolo)Significado
Torca (τ)Medida de la acción de torsión causada por una fuerza que puede hacer que un objeto gire alrededor de un eje. Cantidad vectorial que en el SI tiene unidades de N⋅m.
Torca neta (Στ)Suma de todas las torcas en un sistema.
Sistema en equilibrioCuando la torca neta en un sistema es cero.
Brazo de palancaDistancia perpendicular desde el eje de rotación hasta donde se aplica la fuerza. Cantidad vectorial que en el SI tiene unidades de m.
Punto de pivotePunto alrededor del cual gira un objeto. Aveces llamado fulcro o eje de rotación.

Ecuaciones

EcuaciónSignificado de los símbolosSignificado en palabras
τ=rFsin⁡θ=r⊥Fτ es la torca, F es la fuerza aplicada, r es el radio desde el eje de rotación al lugar donde se ejerce la fuerza y θ es el ángulo entre F y r cuando estos vectores se colocan de la cola a la cola.La torca es proporcional tanto al brazo de palanca como a la componente de la fuerza que es perpendicular al brazo de palanca.

Cómo visualizar la ecuación de la torca

Una llave inglesa produce una torca en una tuerca si se le aplica una fuerza correctamente (ver Figura 1). La ecuación de la torca es:
τ=rFsin⁡θ
Figura 1. Las variables de la ecuación de la torca para una llave inglesa y una tuerca. El centro de la tuerca es el punto de pivote
Para producir una torca, debe aplicarse una fuerza F a alguna distancia r del punto de pivote. Ya que solo la componente perpendicular F⊥ produce una torca, la ecuación incluye sin⁡θ (ver Figura 2 a continuación).
Figura 2. Las componentes de la fuerza aplicada F alineadas con el brazo de palanca. La componente perpendicular es F⊥ y la componente paralela es F∥

La magnitud de la torca depende de:

  • La fuerza aplicada F: fuerzas más grandes aumentan la torca.
  • El radio r: incrementar el radio incrementa la torca.
  • El ángulo entre la fuerza y el brazo de palanca θ: dirigir una fuerza perpendicular al brazo de palanca aumenta la torca.
Una fuerza aplicada puede dar como resultado una torca cero si no hay un brazo de palanca o si la fuerza aplicada es paralela al brazo de palanca (consulta las Figuras 3 y 4 a continuación).
Figura 3. El brazo de palanca: estas fuerzas aplicadas no generan torca en la llave inglesa debido a que no hay un brazo de palanca r
Figura 4. La dirección de la fuerza: estas fuerzas aplicadas no producen torca en la llave inglesa porque la fuerza aplicada es paralela al brazo de palanca

Cómo determinar la dirección de la torca

La dirección de la rotación puede ser en sentido de las manecillas del reloj (smr) o en sentido contrario a las manecillas del reloj (scmr). Estos términos se refieren al movimiento de las manecillas de un reloj (ver Figura 5). En física, la dirección en sentido contrario a las manecillas del reloj se define como positiva y la dirección en sentido de las manecillas del reloj es negativa para las variables rotacionales.
Figura 5. La rotación de las manecillas de un reloj es la referencia para definir la dirección de la rotación. La dirección de rotación positiva es en sentido contrario a las manecillas y la dirección negativa es en el sentido de las manecillas del reloj
Por ejemplo, una torca que hace que un objeto rote en sentido contrario a las manecillas del reloj es una torca positiva (ver Figura 6 a continuación).
Figura 6. Una fuerza aplicada que produce una torca positiva en sentido contrario a las manecillas del reloj
Una torca que hace que un objeto rote en sentido de las manecillas del reloj es una torca negativa (ver Figura 7 a continuación).
Figura 7. Una fuerza aplicada que produce una torca negativa en sentido de las manecillas del reloj.

Aprende más

Para una explicación más detallada de la torca, ve nuestro video sobre torca y equilibrio.
Para revisar tu comprensión y trabajar hacia el dominio de estos conceptos, revisa nuestros ejercicios:

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