What is Torque? | Physics | Extraclass.com

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1 Apr 202005:21

Summary

TLDREn este video se aborda la importancia de entender la puerta no solo como un objeto rectangular de madera, sino como un objeto rotativo que gira alrededor de un eje fijo. Se profundiza en el concepto de torque, que es la fuerza que causa la rotación de un objeto sobre un eje. Se explica que el torque es el producto vectorial de la posición vectorial y la fuerza, y que su dirección se determina mediante la regla de la mano derecha. A continuación, se presenta un ejemplo práctico que involucra un palo de madera uniforme sobre una pared y el suelo, para ilustrar cómo el torque y las fuerzas en equilibrio afectan la posición y el movimiento del palo. El video concluye con una solución a un problema específico de la JEE Advanced 2016, proporcionando una visión detallada de cómo se aplican los conceptos de torque y equilibrio para resolver problemas físicos complejos. Se anima a los espectadores a interactuar y suscribirse para recibir más contenido educativo y divertido.

Takeaways

🚪 Una puerta no es solo una pieza de madera rectangular, sino un objeto rotativo que gira alrededor de un eje fijo.
🔄 La apertura de una puerta implica una rotación que requiere de fuerza y distancia desde el eje de rotación, conocida como torque.
⚙️ El torque es la fuerza que causa la rotación de un objeto alrededor de un eje y se denota con el símbolo griego tau (τ).
📐 El torque es el producto vectorial de la posición del vector y la fuerza, perpendicular a ambos.
➡️ La dirección del torque se determina con la regla de la derecha: si los dedos de la mano derecha se colocan a lo largo del vector de posición y se cierran hacia el vector de fuerza, la dirección del pulgar indica la dirección del torque.
🌐 El torque actúa sobre un objeto para causar su movimiento de rotación alrededor de uno o más ejes que pasan por su centro de masa.
📚 Se utiliza el ejemplo de un palo uniforme inclinado contra una pared para ilustrar el concepto del torque.
🧮 En el ejemplo del palo, se aplica el análisis de equilibrio vertical y horizontal para encontrar las fuerzas involucradas.
🤚 La fuerza de fricción en el fondo del palo es crucial para mantener el equilibrio y se calcula a partir de las fuerzas normales y la gravedad.
⚖️ El torque neto alrededor del centro de masa del palo es cero cuando el palo está en equilibrio.
📐 La relación entre la altura de la pared (H) y la longitud del palo (L) se determina a partir del análisis del torque y las fuerzas aplicadas.
🏆 El análisis detallado del torque y el equilibrio en el ejemplo del palo resulta en la solución correcta para el problema propuesto.

Q & A

¿Qué es un stork en el contexto de la puerta?
-En el contexto de la puerta, un stork no se refiere a un ave sino que es una metáfora para describir la puerta como un objeto que gira en torno a un eje fijo, el gozne.
¿Cómo se relaciona la fuerza de empuje o tirón con la rotación de una puerta?
-La fuerza de empuje o tirón se relaciona con la rotación de una puerta a través de un concepto denominado par, que es la fuerza aplicada a una distancia desde el eje de rotación, lo que permite girar la puerta.
¿Qué es el par en física y cómo se define matemáticamente?
-El par es la cantidad de momento rotativo que una fuerza aplica sobre un objeto. Matemáticamente, se define como el producto vectorial de la posición del punto de aplicación de la fuerza y la fuerza misma.
¿Cómo se determina la dirección del par usando la regla de la mano derecha?
-Para aplicar la regla de la mano derecha, se coloca el pulgar de la mano derecha en la dirección del vector de posición y se cierran los dedos hacia la dirección del vector de fuerza; la dirección que señala el pulgar indica la dirección del par.
¿Cómo se relaciona la masa de un palo y su longitud con la fuerza de fricción en el ejemplo proporcionado?
-La masa del palo y su longitud afectan la distancia desde el eje de rotación hasta el punto de aplicación de la fuerza, lo que a su vez influye en el par generado y, por lo tanto, en la fuerza de fricción requerida para mantener el palo en equilibrio.
¿Por qué la fuerza de fricción es importante en el ejemplo del palo inclinado?
-La fuerza de fricción es importante porque evita que el palo se deslice en el suelo y caiga, manteniendo así el equilibrio del palo en su posición inclinada.
¿Cómo se calcula la fuerza de fricción en el ejemplo del palo?
-Se utiliza la ecuación de equilibrio horizontal, donde la fuerza de fricción es igual a la componente horizontal de la fuerza de reacción de la pared sobre el palo multiplicada por el coseno del ángulo formado entre el palo y la pared.
¿Qué es la condición de equilibrio para el palo inclinado en el ejemplo?
-La condición de equilibrio para el palo inclinado es que la suma del par generado en torno al eje de rotación es cero, lo que significa que todas las fuerzas y pares en equilibrio se cancelan entre sí.
¿Cómo se relaciona la altura de la pared (H) con la longitud del palo (L) en el ejemplo?
-La relación entre la altura de la pared (H) y la longitud del palo (L) se determina a partir de la fuerza normal y la fuerza de fricción, y se encuentra que H/L es igual a 3√3/16.
¿Por qué es importante considerar la rotación de una puerta como un objeto en lugar de simplemente una pieza rectangular de madera?
-Es importante porque la comprensión de la puerta como un objeto rotativo permite entender mejor cómo la fuerza se aplica y cómo el par afecta su movimiento, lo que es crucial para la ingeniería y la física de los movimientos rotativos.
¿Cómo se describe la dirección del par en términos de vectores?
-La dirección del par se describe como un vector perpendicular a ambos el vector de posición y el vector de fuerza, y se encuentra en el plano que contiene estos dos vectores.
¿Cuál es el símbolo griego que representa el par?
-El símbolo griego que representa el par es tau (τ).
¿Cómo se relaciona la fuerza de gravedad con el par en el ejemplo del palo?
-La fuerza de gravedad actúa en la masa del palo y, al aplicarse en un punto específico, junto con la distancia desde el eje de rotación, genera un par que contribuye a la rotación potencial del palo.

Outlines

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🚪 La puerta como objeto rotativo y concepto de par traccional

En el primer párrafo, se aborda la comprensión de una puerta no como un simple bloque de madera rectangular sino como un objeto rotativo que gira en torno a un eje fijo, el gozne. Se destaca la importancia de la fuerza (empuje o tirón) y la distancia desde el eje hasta el punto de aplicación de esta fuerza, conocida como par traccional o torque, que es la fuerza equivalente a la rotación y se denota con el símbolo tau en griego. Se describe el cálculo del torque como el producto vectorial de los vectores de posición y fuerza, y se menciona la regla de la mano derecha para determinar su dirección. Se profundiza con un ejemplo práctico de un palo de madera uniforme inclinado sobre una pared y en contacto con el suelo, donde se analizan las fuerzas en juego y se resuelve un problema de equilibrio estático para encontrar la relación entre la altura de la pared y la longitud del palo, así como el cálculo de la fuerza de fricción.

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Mindmap

Keywords

💡stork

El término 'stork' no parece tener una relevancia directa en el contexto del video, que se centra en conceptos físicos y mecánicos. Sin embargo, podría ser un error tipográfico o un término coloquial que no se relaciona con el tema principal del video.

💡rotating object

Un 'objeto rotativo' es un cuerpo que gira alrededor de un eje fijo. En el video, se utiliza la puerta como ejemplo de un objeto rotativo, destacando cómo su apertura implica una rotación en torno al bisagra que actúa como eje.

💡torque

El 'torque' es la fuerza que causa la rotación de un objeto. Se define como el producto vectorial de la posición del punto de aplicación de la fuerza y la fuerza misma. En el video, se relaciona con la apertura de una puerta, donde la fuerza aplicada en el pomo, en conjunto con la distancia al eje del bisagra, crea un torque que permite la rotación de la puerta.

💡kinematics

La 'cinemática' es una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las fuerzas que lo causan. En el video, se menciona en relación con el concepto de fuerza y cómo esta interactúa con el torque para causar el movimiento rotativo.

💡force

La 'fuerza' es una interacción física que puede cambiar el estado de movimiento de un cuerpo. En el contexto del video, la fuerza se aplica en el pomo de la puerta y, junto con el torque, es responsable de la rotación de la puerta.

💡hinge

Un 'bisagra' es un mecanismo de unión que permite el movimiento de una puerta u objeto similar alrededor de un eje. En el video, el bisagra es crucial para entender cómo funciona la rotación de la puerta cuando se abre o cierra.

💡position vector

Un 'vector posición' es un vector que indica la ubicación de un punto en el espacio con respecto a un sistema de referencia. En el video, se relaciona con el torque, donde el vector posición junto con la fuerza definen el plano en el que actúa el torque.

💡right-hand thumb rule

La 'regla del pulgar derecho' es una convención utilizada para determinar la dirección de un vector torque. En el video, se describe cómo aplicar esta regla para encontrar la dirección del torque, colocando el pulgar en la dirección de la fuerza y los dedos en la del vector posición.

💡uniform wooden stick

Un 'palillo de madera uniforme' es un objeto que se utiliza como ejemplo en el video para ilustrar conceptos de física, como el balance de fuerzas y el torque. Se describe cómo este palillo, con una masa y un ángulo específicos, interactúa con las fuerzas de reacción del suelo y de una pared.

💡frictional force

La 'fuerza de fricción' es la fuerza resistente que actúa entre dos superficies en contacto cuando intentan deslizarse una sobre la otra. En el video, se calcula la fuerza de fricción en la base de un palillo de madera en equilibrio, que es crucial para entender el torque neto alrededor del eje.

💡equilibrium

El 'equilibrio' se refiere a un estado en el que las fuerzas actúan de tal manera que no producen un cambio en el movimiento de un cuerpo. En el video, se menciona el equilibrio para explicar por qué el torque neto alrededor de un punto en el palillo de madera es cero.

Highlights

A door should be viewed as a rotating object about a fixed axis hinged at one of its sides to understand how it operates.

The force applied to a door (push or pull) is represented by the term 'force' in kinematics.

Torque, the rotational equivalent of force, is created by the twisting action when force is applied at a distance from the axis.

Torque is a vector that is perpendicular to both the position vector and the force vector.

The direction of torque is determined by the right-hand thumb rule, which aligns the fingers with the position vector and points the thumb towards the force vector.

An example is given using a uniform wooden stick to illustrate the concept of torque.

The stick's reaction force from the wall is equal in magnitude to the reaction force on the floor.

The stick makes a 30-degree angle with the wall, and its bottom is on a rough floor.

The vertical and horizontal components of the reaction force are calculated using trigonometric functions.

Vertical equilibrium is used to find the normal reaction force, which is equal to 2mg/3.

Horizontal equilibrium helps determine the frictional force, which is calculated to be 16√3/3 Newton.

Since the rod is in equilibrium, the net torque about a point A is zero.

The ratio H/L is derived from the torque equation, which is 3√3/16.

The correct answer to the problem, based on the calculations, is option D.

The explanation is from the JEE Advanced 2016 exam, showcasing a practical application of torque in a physics problem.

The importance of understanding torque in everyday objects, such as doors, is emphasized for a deeper comprehension of physics concepts.

The right-hand rule is a fundamental concept for visualizing the direction of torque in physics.

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