Acerca de este experimento
Un balancín está en equilibrio cuando el efecto de giro en un lado es igual al efecto de giro en el otro. Ese efecto de giro, llamado momento, depende tanto del peso como de la distancia a la que se encuentra del punto de apoyo. Cuelga pesas de esta barra, desplázalas a lo largo de ella y mueve también el propio punto de apoyo. Verás que una pesa ligera alejada puede equilibrar una pesa pesada cerca del punto de apoyo, y que una barra con peso propio puede equilibrarse sin nada en su lado corto.
Objetivos de aprendizaje
- Define el momento de una fuerza como el producto de la fuerza por la distancia perpendicular al punto de apoyo
- Enuncia el principio de los momentos: en equilibrio, los momentos horarios son iguales a los antihorarios
- Usa el principio para hallar una masa o una distancia desconocida
- Explica por qué el punto de apoyo debe soportar el peso total
- Incluye el peso de la barra, que actúa en su centro de gravedad
Cómo usarlo
- 1Empieza con pesos iguales. Mueve uno de los pesos un agujero más cerca del punto de apoyo. ¿Qué lado baja?
- 2Quita todos los pesos y cuelga 200 g en el quinto orificio de la izquierda. ¿Dónde debes colgar 1 kg, 500 g o 200 g a la derecha para equilibrarlo? Busca una regla.
- 3Elige «Ligero lejos, pesado cerca». Comprueba que los dos momentos sean iguales, aunque los pesos no lo sean.
- 4Coloca dos pesos distintos en el mismo lado. ¿Cómo se suman sus momentos?
- 5Quita todos los pesos, activa «La barra tiene peso» y desplaza el punto de apoyo fuera del centro. ¿Qué lado baja y por qué?
- 6Elige «Barra pesada, punto de apoyo descentrado». Encuentra una forma de equilibrar la barra con un peso más.
El modelo
Supuestos
- La barra es rígida y el punto de apoyo no tiene fricción. Los pesos cuelgan verticalmente de los orificios, así que su distancia al punto de apoyo se mide a lo largo de la barra.
- Los agujeros están separados 10 cm. Cuando la viga no está equilibrada, se inclina hasta apoyarse en un tope a 12°.
- A menos que esté activada la opción «Peso de la viga», se considera que la propia viga no tiene peso. Cuando tiene peso, toda su masa de 0,5 kg actúa en su centro.
Pruébalo en clase
- Q1Un niño de 30 kg se sienta a 2 m del punto de apoyo de un balancín. ¿Dónde debe sentarse un niño de 40 kg para equilibrarlo?
- Q2¿Por qué es más fácil abrir una puerta empujando cerca del picaporte que cerca de las bisagras?
- Q3Una llave con un mango más largo facilita aflojar una tuerca apretada. Explica por qué utilizando el momento de fuerza.
- Q4Dos pesos equilibran una viga. ¿Qué ocurre si ambos se alejan un agujero más del punto de apoyo?
- Q5¿Por qué una grúa necesita un contrapeso pesado y por qué se puede mover el contrapeso en algunas grúas?
Preguntas frecuentes
¿Por qué las unidades de un momento de fuerza se parecen a las unidades de energía?
Ambos son newtons por metro, pero son magnitudes distintas. En un momento, la distancia es perpendicular a la fuerza y no se mueve nada; en el trabajo, la distancia va en la dirección de la fuerza. Por eso, los momentos suelen expresarse en N·m y la energía, en julios.
¿Se equilibra la viga cuando hay el mismo peso en ambos lados?
Solo si los pesos también están a la misma distancia del punto de apoyo. Lo que tiene que ser igual es el momento, peso por distancia, no solo el peso.
¿Por qué cambia la fuerza del punto de apoyo cuando se añaden pesos, pero no cuando se mueven?
En equilibrio, el punto de apoyo debe empujar hacia arriba con la misma fuerza con la que todo empuja hacia abajo; por eso, la fuerza del punto de apoyo es igual al peso total, estén donde estén colgados los pesos.