3.- Momento
En general, tal como decíamos, una fuerza intenta provocar un desplazamiento o deformación en el cuerpo sobre el que se aplica. La estructura tratará de impedir el movimiento o la deformación, contraponiéndole una fuerza del mismo valor (módulo), misma dirección y de sentido contrario. (Es lo que nos dice la tercera ley de Newton). Sin embargo en muchas ocasiones el punto de aplicación de la fuerza no coincide con el punto de aplicación en el cuerpo. En este caso la fuerza actúa sobre el objeto y su estructura a cierta distancia, mediante un elemento que traslada esa acción de esta fuerza hasta el objeto.
A esa combinación de fuerza aplicada por la distancia al punto de la estructura donde se aplica se le denomina momento de la fuerza F respecto al punto. El momento va a intentar un desplazamiento de giro o rotación del objeto. A la distancia de la fuerza al punto de aplicación se le denomina brazo.
Matemáticamente se calcula mediante la expresión
Siendo F la fuerza en Newton (N), d la distancia en metros (m) y M el momento, que se mide en Newton por metro (Nm).
Existen muchos casos en los que aparecen momentos que producen o intentan producir movimientos de rotación, como en el caso de abrir una puerta, girar un volante, etc.…
Cuando las fuerzas que provocan el momento son acciones, el momento es también una acción o solicitación. Siguiendo la misma condición e equilibrio, para que una estructura de un objeto esté en equilibrio, tiene que responder a la acción de un momento con otro del mismo valor y de sentido contrario. En este caso, si el momento que actúa busca la rotación hacia la derecha, la reacción será un momento que busque la rotación hacia la izquierda, y viceversa.
El lugar de aplicación de la fuerza, por extraño que parezca, en ocasiones es incluso más importante que el tamaño de la fuerza. Para comprobarlo podemos hacer el siguiente experimento:
Se trata de intentar sujetar, con un solo brazo, durante el mayor tiempo posible una silla de la clase. Primero con el brazo totalmente extendido y después con el brazo pegado al cuerpo. El peso de la silla y por tanto la fuerza (permanente) de la silla (debida a la gravedad de la tierra que la atrae hacia su centro) es la misma en los dos casos. Pero su efecto sobre la estructura, que en este caso es nuestro cuerpo, es muy diferente.
Lo que acabas de experimentar se denomina en cálculo de estructuras: momento de una fuerza, y es la magnitud física que se utiliza para calcular el efecto de una fuerza teniendo en cuenta el lugar donde se está aplicando.
Ejemplo e imagen en: tecnologías, textos Marea Verde. Licencia CC-BY-NC-SA.
El momento de una fuerza respecto a un punto o respecto a un eje es una medida de la tendencia de la fuerza a hacer girar el cuerpo alrededor del punto o del eje.
La forma más sencilla de aplicar a nuestro favor la característica del momento de las fuerzas es mediante una palanca.
En el ejemplo de la imagen puedes comprobar como una masa de 2kg puede estar en equilibrio con otra de 10k. ¿Cómo?
Ejemplos de aplicación de los momentos.
Cuando giramos la manilla de una puerta estamos aplicando un momento: una fuerza F aplicada en el extremo de la manilla que la hace girar.
Una grúa-torre sirve para elevar cargas y transportarlas a otros lugares dentro de su radio de alcance y su altura. Podrá elevar mayores cargas cuanto más cerca de la torre se encuentren. Por el contrario, cuánto más lejos de la torre, las cargas que puede elevar son menores, ya que al multiplicarlas por la distancia nos da momentos muy elevados. En las propias grúas existen carteles que nos indican las distancias, y los momentos admisibles.
Ampliación
En física, un momento M es el producto vectorial de un vector fuerza F por un vector brazo, en este caso radio, r. Según la dirección de la fuerza el momento resultante, que también será un vector, tendrá un sentido u otro. Para conocer el sentido del vector momento se aplica la denominada "regla del sacacorchos". Observa la animación.
Relación entre los vectores de fuerza, momento de fuerza y vector de posición en un sistema rotatorio.. De Yawe en Wikimedia Commons. Dominio público.
Si quieres más información accede en el siguiente enlace al apartado "Momento de una fuerza" de la web e-ducativa de Catedu en una nueva ventana: