Autor Tema: Equilibrio de rígidos (Tabla apoyada en escalón).

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05 Julio, 2021, 03:54 pm
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franma

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Buenas,

El enunciado dice lo siguiente:
Una tabla homogénea de largo \( L=4m \) y masa \( M=14kg \) se encuentra en equilibrio, apoyada exactamente en su punto medio sobre un escalón. El extremo de la tabla se apoya en el piso. El ángulo que forma la tabla con el piso es de \( 30^{\circ} \) . Suponga que el contacto entre la tabla y el escalón (en el punto \( P \)) es liso pero que existe fricción entre la tabla y el piso. ¿Cuál es el modulo de la fuerza de fricción entre el suelo y la tabla?



Realice lo siguiente:
Tome eje x positivo hacia la derecha (paralelo al suelo), eje y positivo hacia arriba y eje k positivo saliente.
Como en ejercicios anteriores de equilibrio de rígidos, de hecho hubo uno muy similar a este, en el punto \( P \) debe haber algún tipo de reacción, de momento no se sabe si perpendicular a la tabla o no, así que lo separe en 2 reacciones diferentes: \( P_i \), \( P_j \). Una para cada eje.

1era Cardinal:
i) \( F_r-P_i=0 \)
j) \( N+P_j-Mg=0 \) Donde N\(  \) es la normal que se aplica en el punto de apoyo con el suelo.

2da Cardinal (Desde el punto \( P \)):
k) \( \dfrac{L}{2}\cdot F_r \cdot \sin(30^{\circ}) - \dfrac{L}{2}\cdot N\cdot \sin(\color{red}{60}\color{black}{}^{\circ})=0 \)

Corregido.

Aquí ya es evidente para mi que es un error de planteo por parte mía :banghead:
Tengo 4 incógnitas pero solamente 3 ecuaciones. Creí que era en las reacciones del punto P, pero si las quito la fricción no contrarrestaría nada y seria nula.

Si alguien pudiese guiarme y hacerme ver donde esta el error para poder continuar estaría muy agradecido.

Saludos,
Franco.

05 Julio, 2021, 04:58 pm
Respuesta #1

hméndez

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Buenas,

El enunciado dice lo siguiente:
Una tabla homogénea de largo \( L=4m \) y masa \( M=14kg \) se encuentra en equilibrio, apoyada exactamente en su punto medio sobre un escalón. El extremo de la tabla se apoya en el piso. El ángulo que forma la tabla con el piso es de \( 30^{\circ} \) . Suponga que el contacto entre la tabla y el escalón (en el punto \( P \)) es liso pero que existe fricción entre la tabla y el piso. ¿Cuál es el modulo de la fuerza de fricción entre el suelo y la tabla?



Realice lo siguiente:
Tome eje x positivo hacia la derecha (paralelo al suelo), eje y positivo hacia arriba y eje k positivo saliente.
Como en ejercicios anteriores de equilibrio de rígidos, de hecho hubo uno muy similar a este, en el punto \( P \) debe haber algún tipo de reacción, de momento no se sabe si perpendicular a la tabla o no, así que lo separe en 2 reacciones diferentes: \( P_i \), \( P_j \). Una para cada eje.

1era Cardinal:
i) \( F_r-P_i=0 \)
j) \( N+P_j-Mg=0 \) Donde N\(  \) es la normal que se aplica en el punto de apoyo con el suelo.

2da Cardinal (Desde el punto \( P \)):
k) \( \dfrac{L}{2}\cdot F_r \cdot \sin(30^{\circ}) - \dfrac{L}{2}\cdot N\cdot \sin(70^{\circ})=0 \)

Aquí ya es evidente para mi que es un error de planteo por parte mía :banghead:
Tengo 4 incógnitas pero solamente 3 ecuaciones. Creí que era en las reacciones del punto P, pero si las quito la fricción no contrarrestaría nada y seria nula.

Si alguien pudiese guiarme y hacerme ver donde esta el error para poder continuar estaría muy agradecido.

Saludos,
Franco.

En el punto P el contacto es liso así que la reacción es normal a la superficie de la tabla o sea forma un ángulo de 60° con el piso.

Saludos.

05 Julio, 2021, 05:35 pm
Respuesta #2

franma

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Buenas hméndez,

Excelente, no sabia que debía "sacar" de el contacto liso.
Entonces sigo:

1era Cardinal:
i) \( F_r-P\cos(45)=0 \)
j) \( N+P\sin(45)-Mg=0 \)

2da Cardinal (Desde el punto \( P \)):
k) \( \dfrac{L}{2}\cdot F_r \cdot \sin(30^{\circ}) - \dfrac{L}{2}\cdot N\cdot \sin(60)^{\circ}=0 \)

De la primera ecuación:
\( P=\dfrac{F_r}{\cos(45)} \)

Sustituyendo en la segunda:
\( N=Mg-\tan(45)F_r \) recordar \( \tan(45)=1 \)

Ahora sustituyendo en la tercera:
\( F_r(\sin(30)+\sin(60))=Mg\sin(60) \Rightarrow F_r=\dfrac{Mg\sin(60)}{\sin(30)+\sin(60)}\approx{86.9N} \)

Sin embargo esta no es la respuesta correcta y no logro encontrar el error.

Saludos,
Franco.

05 Julio, 2021, 06:38 pm
Respuesta #3

JCB

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Hola a tod@s.

He llegado a que \( F_r=\dfrac{\sqrt{3}}{4}Mg=59,41\ N. \)

Por otra parte, no entiendo de donde sale tu descomposición de la normal en el punto P, utilizando un ángulo de \( 45^{\circ} \).

Saludos cordiales,
JCB.
"Lo consiguieron porque no sabían que era imposible", autor: Jean Cocteau.

05 Julio, 2021, 06:42 pm
Respuesta #4

franma

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Buenas JCB,

Tu resultado es correcto según el solucionario.
Mi descomposición se basa en:

En el punto P el contacto es liso así que la reacción es normal a la superficie de la tabla o sea forma un ángulo de 60° con el piso.

Pues si la reacción es normal a la tabla puedo descomponerla de esa manera.
Todo esto obviamente si interprete correctamente el comentario que me hizo hméndez .

Saludos,
Franco.

05 Julio, 2021, 06:54 pm
Respuesta #5

JCB

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Hola a tod@s.

\( \sum{F_x}=0 \),

\( F_r-N_p\sin30^{\circ}=0 \),

\( F_r=\dfrac{N_p}{2} \) (1).

\( \sum{M_s}=0 \) (suma de momentos respecto del punto de contacto con el suelo),

\( N_p\dfrac{L}{2}-Mg\dfrac{L}{2}\cos30^{\circ}=0 \),

\( N_p=\dfrac{\sqrt{3}}{2}Mg \) (2). Sustituyendo (2) en (1),

\( F_r=\dfrac{\sqrt{3}}{4}Mg=59,41\ N \).

Saludos cordiales,
JCB.
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05 Julio, 2021, 07:05 pm
Respuesta #6

franma

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Buenas JCB,

Entiendo que el ángulo de 30º proviene de en el escalón tenemos un triangulo congruente al que se forma en el contacto con el suelo.
Lo que no entiendo es como deduces cual es la hipotenusa (el vector) de la reacción en el punto P para realizar esa descomposición.

Saludos,
Franco.

05 Julio, 2021, 07:32 pm
Respuesta #7

JCB

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Hola a tod@s.

Cuando pueda y me salga bien (ya sabes que también soy muy malo en el tema de croquis y dibujos), te subo una imagen, franma.

Saludos cordiales,
JCB.
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05 Julio, 2021, 07:46 pm
Respuesta #8

JCB

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Hola a tod@s.

A ver si puedo subir la imagen. Vaya, qué sorpresa. Gracias a la chuleta de Richard, ha funcionado  :aplauso: (va por ti, Richard).

Saludos cordiales,
JCB.
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05 Julio, 2021, 07:57 pm
Respuesta #9

franma

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Buenas JCB,

La imagen la has subido a la perfección ;).
Con el dibujo ya he logrado deducir el ángulo de 30º con el que has realizado la descomposición.

Respecto a lo que realice yo con 45º, no se como creí que era similar a un problema anterior con una escalera en un escalón (https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=117130.0) donde el ángulo si era de 45º.

Muchas gracias por toda la ayuda y por tomarte el tiempo de realizar el croquis.

Saludos,
Franco.