Equilibrio de una tabla con tirante

Enunciado

Una mesa plegable está articulada a la pared por un extremo, y cuelga de la pared por un cable tirante. En dos dimensiones esto se puede modelar como una barra de longitud $b$ y masa $m$ distribuida uniformemente. La barra está articulada por su extremo A y atada por su extremo B a una pared vertical, de forma que el cable forma un ángulo de 45° con la vertical.

Archivo:Barra-cable-tenso.png

Calcule la tensión del cable, así como la fuerza de reacción en el punto A.

Solución

Para que la barra esté en equilibrio deben cumplirse las ecuaciones de la estática del sólido rígido. Deben anularse la resultande de las fuerzas aplicadas y de los momentos de estas fuerzas.

${\vec {F}}={\vec {0}}\qquad \qquad {\vec {M}}_{O}={\vec {0}}$

Las fuerzas aplicadas son:

• El peso Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle m\vec{g}} aplicado en el centro de la barra.

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle m\vec{g}=-mg\vec{\jmath}}

• La tensión del cable, Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{F}_B} aplicada en el extremo B y en la dirección del cable. Por formar éste un ángulo de 45° sus dos componentes son iguales

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{F}_{Bx}=-F_{Bx}\vec{\imath}+F_{Bx}\vec{\jmath}}

• La reacción en el punto A, Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{F}_A}

Puesto que la barra está articulada en el punto A, en este punto no se ejerce ningún momento de reacción.

Como centro de reducción O tomamos el propio punto A. De esta forma, nos ahorramos de calcular el momento de esta fuerza de reacción.

La condición de que se anule el momento resultante en A nos da

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{0}=\vec{M}_A=\left(\frac{b}{2}\vec{\imath}\right)\times(-mg\vec{\jmath})+\left(b\vec{\imath}\right)\times(-F_{Bx}\vec{\imath}+F_{Bx}\vec{\jmath})=\left(-\frac{mgb}{2}+bF_{Bx}\right)\vec{k}}

Esto nos da la tensión

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle F_{Bx} = \frac{mg}{2} \qquad\qquad \vec{F}_B=\frac{mg}{2}\left(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\right)}

Una vez que tenemos esta fuerza, la de reacción en A es inmediata

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \vec{0}=\vec{F}_A+m\vec{g}+\vec{F}_B\qquad\Rightarrow\qquad \vec{F}_A=-m\vec{g}-\vec{F}_B=\frac{mg}{2}\left(\vec{\imath}+\vec{\jmath}\right)}

Vemos que la suma de las tres fuerzas es nula

    

y que también lo es la suma de sus momentos. Esto se puede comprobar observando que las tres rectas soporte son concurrentes en un punto O. Si tomamos el momento respecto a dicho punto el resultados es nulo.