40. MOMENTO DE UNA FUERZA
Curso de Física para el grado 4° de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) en España.
Clase No. 40: Momento de una Fuerza.
Tema: Estática en Sólidos.
Video producido por Julioprofe en asociación con el proyecto educativo CIBERMATEX (http://cibermatex.net).
Sitio Oficial de Julioprofe: http://www.julioprofe.net
 Vamos a ver lo que es el momento de una fuerza también conocido como torque de la fuerza. Y para ello vamos a considerar un cuerpo rígido, un cuerpo sólido y vamos a suponer que ese cuerpo tiene la posibilidad de girar alrededor de un eje que pasaría por este punto. Si supongamos que este marcador hace el papel del eje que atraviesa el cuerpo sólido y que permite girar el cuerpo alrededor de ese punto. Si este cuerpo es sometido a la acción de una fuerza F aplicada por ejemplo aquí en este punto, entonces lo que esperamos es que presente un giro en esta dirección, o sea giraría hacia allá, es decir en sentido de las manecillas del reloj. Vamos a trazar una línea por donde va la fuerza, es decir una especie de línea imaginaria que se va a llamar línea de acción de la fuerza. Es una línea que contiene la fuerza, que lleva la dirección de ella, entonces se llama línea de acción de la fuerza. Y desde el punto de giro que vamos a llamar o vamos a trazar una perpendicular a esta línea de acción, más o menos sería como esta línea. Entonces es una línea perpendicular, forma aquí 90 grados, trazada desde el punto de giro hasta la línea de acción de la fuerza. Entonces esta línea es lo que se va a llamar brazo de palanca, lo vamos a nombrar con la letra B. Entonces repetimos, tenemos una fuerza, la línea de acción de la fuerza y el segmento trazado desde el punto de giro hasta la línea de acción de la fuerza, llegando perpendicular a ella, es lo que se llama brazo de palanca. Entonces el momento de esta fuerza o el toque de esta fuerza, que lo vamos a simbolizar con la letra griega tau, se define como el producto de la magnitud de la fuerza y el brazo de palanca. El valor de esta fuerza por el valor de este brazo de palanca nos da, digamos, qué tan potente es el giro que se va a producir para este cuerpo rígido. Esta será entonces la expresión para el toque. Pero también debemos especificar con respecto a qué punto se está produciendo el giro. Entonces eso lo escribimos aquí. Entonces ese sería el toque de la fuerza F con relación al punto O, que es nuestro punto de giro. Las unidades para este caso serán las siguientes. La fuerza usualmente la trabajamos en newtons, el brazo de palanca por ser una distancia irá en metros y por lo tanto las unidades del toque serán newtons por met. Es el producto de una fuerza por una distancia, por el brazo de palanca. Un claro ejemplo de la aplicación de los toques es cuando, por ejemplo, necesitamos apretar o aflojar una tuerca, para lo cual utilizamos una llave y entonces, lógicamente, el punto donde nosotros aplicamos la fuerza es sacar el extremo, buscando sacar el mayor provecho de dicha fuerza, es decir, buscando que el giro que vamos a producir sea lo suficientemente potente como para apretar o para aflojar la tuerca. Entonces, en este caso, suponiendo que la fuerza se aplica en esta dirección, en el extremo de la llave, esta es la fuerza, entonces la línea de acción de esta fuerza sería una línea más o menos vertical que es la que contiene la fuerza. Otro punto de giro sería este de acá, el punto de giro y el brazo de palanca, entonces sería la distancia que trazamos desde este punto perpendicular a la línea de acción. En este caso coincidiría con la longitud de la llave, entonces todo esto sería el brazo de palanca y llega formando ángulo recto, ángulo de 90 grados. En este caso el giro se produciría también en esta dirección, entonces el toque que produce esta fuerza alrededor de este punto de giro, nuevamente sería el producto de la magnitud de la fuerza en newtons por el valor de este brazo de palanca que estará en metros. Como hemos visto, los torques producen giros y para ello vamos a establecer un convenio de signos. Los giros que se produzcan en la dirección de las manecillas del reloj se van a considerar giros negativos y los giros que se produzcan en sentido contrario a las manecillas del reloj, lo que se conoce también como sentido antihorario serán giros positivos. Entonces esos serán los signos para los torques, para el toque negativo si se produce en sentido horario y positivo si se produce en sentido antihorario. Una última recomendación que debemos tener en cuenta es que siempre que tenemos un cuerpo rígido con la posibilidad de girar alrededor de un punto, si la fuerza es aplicada en ese punto entonces no tendremos toque para esa fuerza, no se producirá giro. Si el punto de giro es este y la fuerza justamente se aplica allí, no tenemos posibilidad de hacer girar el cuerpo rígido para ninguna parte, es como si en el ejemplo de la llave aplicáramos la fuerza justamente en la tuerca, si tenemos la llave aquí y aplicamos la fuerza justamente aquí en la tuerca nunca vamos a lograr que ya presente giro, siempre buscamos alejarnos de este punto, entonces la fuerza normalmente se aplica acá, pero si queremos podemos aplicarla por acá en un sitio diferente al punto de giro para producir el efecto deseado que en este caso es hacer girar la tuerca. Bien, esto es un tema bastante importante y tiene aplicación en las situaciones de equilibrio en la parte de estática de cuerpos rígidos que veremos más adelante.
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