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Partícula suspendida de dos hilos

De Laplace

1 Enunciado

Una partícula de peso 300 N cuelga de un techo horizontal sujeta por dos hilos (“1” y “2”). El hilo 1 forma un ángulo de 30° con la vertical, mientras que el hilo 2 forma uno de 60° con la vertical. ¿Cuánto valen, en módulo, las tensiones de los dos hilos?

2 Solución

Puesto que la masa está en equilibrio, la suma de las fuerzas que actúan sobre ella es nula

\vec{T}_1+\vec{T}_2+m\vec{g}=\vec{0}

proyectando sobre un sistema de ejes en el que el eje OX es el horizontal en el plano de los dos hilos y el eje Z es el vertical expresamos estas fuerzas como

\vec{T}_1 = -\left|\vec{T}_1\right|\mathrm{sen}(30^\circ)\vec{\imath}+\left|\vec{T}_1\right|\cos(30^\circ)\vec{k}=\left|\vec{T}_1\right|\left(-\frac{1}{2}\vec{\imath}+\frac{\sqrt{3}}{2}\vec{k}\right)

y

\vec{T}_2 = \left|\vec{T}_2\right|\mathrm{sen}(60^\circ)\vec{\imath}+\left|\vec{T}_2\right|\cos(60^\circ)\vec{k}=\left|\vec{T}_2\right|\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\vec{\imath}+\frac{1}{2}\vec{k}\right)

siendo el peso

m\vec{g}=-mg\vec{k}

Puesto que la suma vectorial de las fuerzas se anula

-\frac{\left|\vec{T}_1\right|}{2}+\frac{\sqrt{3}\left|\vec{T}_2\right|}{2}=0\qquad\qquad \frac{\sqrt{3}\left|\vec{T}_1\right|}{2}+\frac{\left|\vec{T}_2\right|}{2}-mg=0

Despejando de la primera y sustituyendo en la segunda

\left|\vec{T}_1\right| = \sqrt{3}\left|\vec{T}_2\right|\qquad\Rightarrow\qquad \left(\frac{3}{2}+\frac{1}{2}\right)\left|\vec{T}_2\right| = mg\qquad\Rightarrow\qquad \left|\vec{T}_2\right| = \frac{mg}{2} = 150\,\mathrm{N}

y para la otra tensión

\left|\vec{T}_1\right| = \sqrt{3}\left|\vec{T}_2\right| =\frac{\sqrt{3}}{2}mg = 260\,\mathrm{N}

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