Objetivos
Terminada la lección podrás:
- Explicar el concepto de torque.
- Identificar las variables necesarias para establecer el momento de una fuerza.
- Aplicar el concepto de torque.
Momento de Fuerza
El torque, también conocido como momento de fuerza o momento dinámico, es una medida de la fuerza que causa que un objeto gire alrededor de un eje. En términos más sencillos, es la “fuerza de giro”. Así como una fuerza lineal causa una aceleración lineal, el torque causa una aceleración angular. La ecuación básica para torque es:
Torque = F x d
donde F es la fuerza y d es el desplazamiento. Sin embargo veamos los conceptos claves que se explican más adelante.
Conceptos Clave
- Fuerza (F): La fuerza aplicada que intenta causar la rotación. Se mide en Newtons (N).
- Brazo de palanca (r): La distancia perpendicular entre el punto donde se aplica la fuerza y el eje de rotación. Se mide en metros (m).
- Ángulo (θ): El ángulo entre el vector de fuerza y el vector del brazo de palanca.
Fórmula del Torque
El torque (τ) se calcula con la siguiente fórmula:
τ = r * F * sen(θ)
Donde:
- τ = Torque (se mide en Newton-metro o Nm)
- r = Brazo de palanca
- F = Fuerza aplicada
- θ = Ángulo entre la fuerza y el brazo de palanca
Caso especial: Cuando la fuerza es perpendicular al brazo de palanca (θ = 90°), sen(90°) = 1, y la fórmula se simplifica a:
τ = r * F
Ejemplos Cotidianos
- Apretar una tuerca con una llave: La fuerza que aplicas a la llave y la longitud de la llave (brazo de palanca) determinan el torque que aplicas a la tuerca. Una llave más larga facilita apretar la tuerca con la misma fuerza.
- Abrir una puerta: La fuerza que aplicas a la manija y la distancia de la manija a las bisagras (eje de rotación) determinan el torque necesario para abrir la puerta.
- Pedalear una bicicleta: La fuerza que aplicas a los pedales y la longitud de las bielas (brazo de palanca) influyen en el torque que se transmite a las ruedas.
Importancia del Torque
El torque es un concepto fundamental en diversas áreas:
- Ingeniería mecánica: Se utiliza en el diseño de motores, transmisiones, ejes y otras partes rotatorias de maquinaria.
- Física: Es crucial para entender el movimiento rotacional, el momento angular y la conservación del momento angular.
- Automovilismo: El torque de un motor es una medida de su capacidad para realizar trabajo, especialmente en aceleraciones y subidas.
- Construcción: Se utiliza para calcular las fuerzas necesarias para apretar tornillos y pernos en estructuras.
Diferencia entre Torque y Potencia
Aunque a menudo se confunden, el torque y la potencia son conceptos distintos:
- Torque: Es la capacidad de realizar trabajo rotacional. Responde a la pregunta: “¿Cuánta fuerza de giro puede aplicar?”.
- Potencia: Es la rapidez con la que se realiza el trabajo. Responde a la pregunta: “¿Con qué rapidez se puede realizar ese trabajo?”.
En un motor, un alto torque significa una mayor capacidad de aceleración y de superar resistencias, mientras que una alta potencia significa una mayor velocidad máxima.
En Resumen
El torque es la medida de la fuerza que causa rotación. Depende de la fuerza aplicada, la distancia al eje de rotación (brazo de palanca) y el ángulo entre la fuerza y el brazo de palanca. Es un concepto esencial en física, ingeniería y muchas aplicaciones de la vida cotidiana.
Tarea
Utiliza la siguiente simulación para explicar el torque, el momento de inercia y el momento angular . Prepara una tabla para colectar los datos en el que muestres la relación entre la fuerza aplicada (applied force), el radio de la fuerza, el torque (applied torque) y el momento angular (angular momentum). Utiliza gráficas para analizar los datos y llegar a conclusiones.
Simulación
Páginas relacionadas al concepto de fuerza:
- Fuerza Electromagnética
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- Fuerza Normal o Perpendicular
- Gravedad: Una Fuerza Fundamental
- Fuerza nuclear débil
- Fuerza nuclear fuerte
- La fuerza de gravedad y la relatividad general
- Resistencia del Aire y Aerodinámica
- Fuerzas Fundamentales o las Fuerzas de la Naturaleza
Enlaces externos para explorar
Video
Momento de fuerza o torque
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