Momento de fuerza

En mecánica newtoniana, se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud vectorial obtenida como producto vectorial de la fuerza por el vector de posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se toma momento. Tambien se le denomina momento dinámico o sencillamente momento.

En la terminología inglesa, recibe el nombre de torque. Este término intenta introducirse en la terminología española, bajo las formas de torque o torca, con escasa fortuna por ahora.

Definición

Definición de momento de una fuerza con respecto a un punto.

El momento de una fuerza $\mathbf {F} \,$ aplicada en un punto P con respecto de un punto O viene dado el producto vectorial del vector ${\overrightarrow {\text{OP}}}\,$ por el vector fuerza; esto es,

$\mathbf {M} _{\text{O}}={\overrightarrow {\text{OP}}}\times \mathbf {F} =\mathbf {r} \times \mathbf {F} \,$

Donde $\mathbf {r}$ es el vector que va desde O a P.

Por la propia definición del producto vectorial, el momento $\mathbf {M} \,$ es un vector perpendicular al plano derterminado por los vectores $\mathbf {F} \,$ y $\mathbf {r}$.

Dado que las fuerzas tienen carácter de vectores deslizantes, el momento de una fuerza es independiente de su punto de aplicación sobre su recta de acción o directriz.

La definición de momento se aplica a otras magnitudes vectoriales. Así, por ejemplo, el momento de la cantidad de movimiento o momento lineal, $\mathbf {p} \,$, es el momento cinético o momento angular, $\mathbf {L} \,$, definido como

$\mathbf {L} _{\text{O}}={\overrightarrow {\text{OP}}}\times \mathbf {p} =\mathbf {r} \times \mathbf {p}$

El momento de fuerza conduce a los concepto de par, par de fuerzas, par motor, etc.

Interpretación del momento

Relación entre los vectores de fuerza, momento de fuerza y vector de posición en un sistema rotatorio

El momento de una fuerza con respecto a un punto da a conocer en qué medida existe capacidad en una fuerza o desequilibrio de fuerzas para causar la rotación del cuerpo con respecto a un eje que pase por dicho punto.

El momento tiende a provocar un giro en el cuerpo sobre el cual se aplica y es una magnitud característica en elementos que trabajan sometidos a torsión (como los ejes de maquinaria) o a flexión (como las vigas).

Unidades

El momento dinámico se expresa en unidades de fuerza por unidades de distancia. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad se denomina newton metro o newton-metro, indistintamente. Su símbolo debe escribirse como N m o N•m (nunca mN, que indicaría milinewton).

Si bien es dimensionalmente equivalente al julio, no se utiliza esta unidad para medir momentos, ya que el julio es unidad de trabajo o energía, que son conceptualmente diferentes a un momento de fuerza.

No obstante, la equivalencia dimensional de ambas magnitudes no es una mera coincidencia. Un momento de 1 N•m aplicado a lo largo de una revolución completa ($\scriptstyle \ 2\pi$ radianes) realiza un trabajo igual a $\scriptstyle 2\pi \,$ julios, ya que $\scriptstyle W=M\,\theta$, donde $\scriptstyle W$ es el trabajo, $\scriptstyle M$ es el momento y $\scriptstyle \theta$ es el ángulo girado (en radianes). Es esta relación la que podría motivar el nombre de “julios por radián” para la unidad de momento, aunque no es correcto.

Cálculo de momentos en el plano

Momento igual a fuerza por su brazo

Cuando se consideran problemas mecánicos bidimensionales, en los que todas las fuerzas y demás magnitudes vectoriales son coplanarias, el cálculo de momentos se simplifica notablemente. Eso se debe a que los momentos sería perpendiculares al plano de coplanariedad y, por tanto, sumar momentos se reduciría a sumar tan sólo sus componentes perpendicular al plano, que son magnitudes escalares.

Si se considera una fuerza aplicada en un punto P del plano de trabajo y otro punto O sobre el mismo plano, el módulo del momento en O viene dado por:

$M=Fl\sin \theta =Fb\,$

siendo $\textstyle F\,$ el módulo de la fuerza, $b\,$ el brazo de momento, es decir, la distancia a la que se encuentra el punto O (en el que tomamos momento) de la recta de aplicación de la fuerza, y $\theta \,$ el suplementario del ángulo que forman los dos vectores. El sentido de $\mathbf {M} \,$ se determina de acuerdo con la regla de la mano derecha.

Referencias

Véase también

• Par motor
• Par de apriete

Bibliografía

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• Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de Física (4 volúmenes). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7. 
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