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Mecanica Vectorial para Ingenieros Estat-51-61
Mecanica Vectorial para Ingenieros Estat-51-61
Mecanica Vectorial para Ingenieros Estat-51-61
Problemas †
10 ft B
60° 3 kN
40°
B C D 2 kN
Figura P2.4
8 ft 6 ft
Figura P2.3
300 lb b
†
Figura P2.7
Las respuestas para todos los problemas cuyo número está en tipo redondo (como 2.1)
se proporcionan al final del libro. Las respuestas para los problemas cuyo número está en
cursiva (como 2.4) no se proporcionan.
25
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26 Estática de partículas 2.8 Para el gancho del problema 2.1, se sabe que la magnitud de P es
75 N, determine por trigonometría a) la magnitud requerida de la fuerza Q,
si la resultante R de las dos fuerzas aplicadas en A debe ser vertical, b) la
magnitud correspondiente de R.
425 lb P
30° A a
2.18 Dos elementos estructurales A y B están remachados al apoyo 2.7. Componentes rectangulares de una fuerza.
27
Vectores unitarios
que se muestra en la figura. Si se sabe que ambos elementos están en com-
presión y que la fuerza en el elemento A es de 15 kN y en el elemento B es
de 10 kN, determine por trigonometría la magnitud y la dirección de la re- 40° 20°
sultante de las fuerzas aplicadas al apoyo por los elementos A y B.
F F
Fy x
Fy
Fx
O Fx x O
†
Las propiedades establecidas en las secciones 2.7 y 2.8 se pueden extender fácilmente
a las componentes rectangulares de cualquier otra cantidad vectorial.
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Ejemplo 2. Un hombre jala una cuerda atada a un edificio con una 2.7. Componentes rectangulares de una fuerza.
29
Vectores unitarios
fuerza de 300 N, como se muestra en la figura 2.23a. ¿Cuáles son las com-
ponentes horizontal y vertical de la fuerza ejercida por la cuerda en el pun-
to A?
A partir de la figura 2.23b se ve que
8m
Fx (300 N) cos ␣ Fy (300 N) sen ␣
A ␣
Observando que AB 10 m, a partir de la figura 2.23a se encuentra que
6m
8m 8m 4 6m 6m 3
cos ␣ sen ␣
AB 10 m 5 AB 10 m 5
Entonces se obtiene B
F兹 苶
F 2
苶
x Fy
2
(2.10)
Fy 1 500 lb
tan
Fx 700 lb
Fy = (1 500 lb)j
F
Con la calculadora,† se hace la división de 1 500 lb entre 700 lb; se cal-
cula el arco tangente de este cociente y se obtiene 65.0°. Al resolver la
segunda de las ecuaciones (2.8) para F, se tiene
Fy 1 500 lb A
F 1 655 lb Fx = (700 lb)i x
sen sen 65.0°
Figura 2.24
El último cálculo se facilita si el valor de Fy se almacena en la memoria des-
de que se introduce, de manera que pueda ser llamado para dividirse entre
sen .
†
Se supone que la calculadora que se está utilizando tiene teclas para el cálculo de fun-
ciones trigonométricas y de funciones trigonométricas inversas. Algunas calculadoras tam-
bién tienen teclas para convertir directamente de coordenadas rectangulares a coordenadas
polares y viceversa. Este tipo de calculadoras eliminan la necesidad de calcular funciones
trigonométricas en los ejemplos 1, 2 y 3 y en problemas del mismo tipo.
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RPQS (2.11)
R x Px Qx Sx R y Py Qy Sy (2.12)
Ryj
o, en forma breve,
†
Obviamente, este resultado se puede aplicar también a la adición de otras cantidades
vectoriales, aceleraciones o cantidades de movimiento.
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y
PROBLEMA RESUELTO 2.3
F2 = 80 N
20° F1 = 150 N Cuatro fuerzas actúan sobre un perno A como se muestra en la figura. De-
termine la resultante de las fuerzas sobre el perno.
30°
A
15° x
F4 = 100 N
F3 = 110 N
SOLUCIÓN
(F2 cos 20)j Las componentes x y y de cada fuerza se determinan por trigonometría, como
(F1 sen 30)j
se muestra en la figura y se escriben en la tabla. De acuerdo con la conven-
ción adoptada en la sección 2.7, un número escalar que representa la com-
ponente de una fuerza es positivo si la componente tiene el mismo sentido
(F1 cos 30)i que el correspondiente eje de coordenadas. Entonces, las componentes x que
actúan a la derecha y las componentes y que actúan hacia arriba se repre-
–(F2 sen 20)i sentan por números positivos.
(F4 cos 15)i
–(F4 sen 15)j
R Ry 14.3 N
a tan ␣ ␣ 4.1°
Rx 199.1 N
R y = (14.3 N) j Rx = (199.1 N) i
14.3 N
R
199.6 N R 199.6 N a4.1°
sen ␣
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RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
EN FORMA INDEPENDIENTE
Como se vio en la lección anterior, la resultante de dos fuerzas puede ser determinada grá-
ficamente o a partir de un triángulo oblicuo, con el uso de la trigonometría.
La resultante se puede expresar en forma vectorial con los vectores unitarios i y j, los cuales
están dirigidos, respectivamente, a lo largo de los ejes x y y:
R Rxi Ryj
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Problemas 28 in.
y
84 in.
96 in.
50 lb 80 in.
2.21 y 2.22 Determine las componentes x y y de cada una de las
fuerzas que se muestran en las figuras. 29 lb
O x
51 lb
90 in.
y
800
Dimensiones 48 in.
en mm Figura P2.22
800 N
600
O
x
424 N 408 N
900
y
560 480 120 N
Figura P2.21
80 N
150 N
30°
35° 40°
2.23 y 2.24 Determine las componentes x y y de cada una de las
fuerzas que se muestran en las figuras. x
Figura P2.24
y
60 lb
25°
x
60°
C D
50°
40 lb 35°
50 lb
Figura P2.23
A
2.25 El elemento BD ejerce sobre el elemento ABC una fuerza P di-
Q
rigida a lo largo de la línea BD. Si se sabe que P debe tener una componente
horizontal de 300 lb, determine a) la magnitud de la fuerza P y b) su com-
ponente vertical. Figura P2.25
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34 Estática de partículas A
B
Q 60°
50°
D Figura P2.26
A B 55°
Figura P2.29
A
Figura P2.30
30° 2.33 Determine la resultante de las tres fuerzas del problema 2.23.
100 N
200 N 2.34 Determine la resultante de las tres fuerzas del problema 2.21.
150 N
2.35 Si se sabe que α = 35°, determine la resultante de las tres fuerzas
Figura P2.35 mostradas en la figura.
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2.36 Si se sabe que la tensión en el cable BC es de 725 N, determine 2.9. Equilibrio de una partícula 35
la resultante de las tres fuerzas ejercidas en el punto B de la viga AB.
840 mm
C
L = 1160 mm
800 mm
80 lb
B
13
A 5
5 120 lb
4 12 α
3 780 N α 60 lb
a'
500 N
Figura P2.36
2.37 Si se sabe que α = 40°, determine la resultante de las tres fuerzas 20°
que se muestran en la figura. a
2.38 Si se sabe que α = 75°, determine la resultante de las tres fuerzas Figura P2.37 y P2.38
que se muestran en la figura.
35°
2.42 Para el bloque de los problemas 2.37 y 2.38, determine a) el valor 75 lb
requerido de α si la resultante de las tres fuerzas mostradas debe ser para- 50 lb
lela al plano inclinado, b) la magnitud correspondiente de la resultante
B