CUERPOS ENLAZADOS: TENSION
La fuerza es una acción que puede modificar el
estado de reposo o de movimiento de un cuerpo; por lo tanto, puede
acelerar o modificar la velocidad, la dirección o el sentido del movimiento de
un cuerpo dado. La tensión, por su parte, es el estado de un cuerpo
sometido a la acción de fuerzas opuestas que lo atraen.
Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que,
aplicada a un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión; este último
concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama del conocimiento
desde la cual se analice.
Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un
cuerpo a otro. Cuando en los extremos de una cuerda se aplican dos fuerzas
iguales y contrarias, la cuerda se pone tensa. Las fuerzas de tensión son, en
definitiva, cada una de estas fuerzas que soporta la cuerda sin romperse.
La física y la ingeniería hablan de tensión
mecánica para referirse a la fuerza por unidad de área en el entorno de un
punto material sobre la superficie de un cuerpo. La tensión mecánica puede
expresarse en unidades de fuerza divididas por unidades de área.
La tensión también es una magnitud física que impulsa a los
electrones a través de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, lo que
provoca el flujo de una corriente eléctrica. En este caso, la tensión puede
recibir el nombre de voltaje o diferencia de potencial.
2 CUERPOS ENLAZADOS
Hasta ahora se han tratado casos de sistemas dinámicos
simples en los que existía un único cuerpo, pero ésta no es la situación más
común que podemos encontrarnos. La mayor parte de dispositivos y máquinas que
podemos observar a nuestro alrededor están formadas por distintas partes
interrelacionadas entre sí, de tal forma que algún fallo o problema en
cualquiera de ellas lleva asociado que el sistema en su conjunto deje de
funcionar.
Estos sistemas dinámicos formados por más de un cuerpo, son
más complejos de estudiar que los sistemas de un único cuerpo, no tanto por el
número de cuerpos a tratar (pues es posible, y de hecho así se hace, el estudio
de cada uno de ellos por separado), sino por la necesidad de encontrar y
establecer las relaciones entre todos ellos para predecir su movimiento.
En caso particularmente clarificador es el del conjunto
vehículo-remolque, en el cual la fuerza tractora del vehículo debe transmitirse
de alguna forma al remolque: esto se consigue mediante el uso de un cable,
cuerda o cadena que transmita la fuerza de un cuerpo al otro.
Si se observa detenidamente este dispositivo intermedio de
transmisión de la fuerza, vemos que se tensa en el momento de la transmisión;
por ello en términos físicos hablaremos de fuerzas de tensión.
Para simplificar el estudio, las cuerdas y cables utilizados
en toda esta sección serán "ideales" con las siguientes
características:
No tendrán masa (luego no habrá fuerza peso)
Serán inextensibles (y por lo tanto no almacenarán energía
elástica en su interior y las distancias serán constantes)
No se romperán (capaces por tanto de soportar cualquier
tensión)
Evidentemente, esto no es así en la vida real, pero supone
una simplificación aceptable en cuanto permite el estudio de los cuerpos
enlazados con unas ecuaciones mucho más sencillas, ya que con estas condiciones
podemos afirmar que las tensiones son iguales en los extremos.
Veamos la razón:
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PLANO HORIZONTAL
El ejemplo más sencillo de cuerpos enlazados es el conjunto
vehículo-remolque. Esta situación se presenta en situaciones como en un tren,
entre la locomotora y los vagones que arrastra, o en un coche que remolca una
caravana.
Esquemáticamente, el diagrama de fuerzas para un problema de
dos cuerpos enlazados en movimiento en un plano horizontal con rozamiento es
como se indica en la figura:
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Al igual que se hizo en el caso de sistemas con un cuerpo,
resulta conveniente señalar algunas pautas adicionales de utilidad a la hora de
tratar con sistemas de cuerpos enlazados, como extensión de lo indicado para un
único cuerpo.
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