Diagrama de cuerpo libre del objeto colgante
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El primer paso en la descripción y el análisis de la mayoría de los fenómenos de la física consiste en dibujar cuidadosamente un diagrama de cuerpo libre. Los diagramas de cuerpo libre se han utilizado en ejemplos a lo largo de este capítulo. Recuerde que un diagrama de cuerpo libre sólo debe incluir las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo de interés. Una vez que hayamos dibujado un diagrama de cuerpo libre preciso, podemos aplicar la primera ley de Newton si el cuerpo está en equilibrio (fuerzas equilibradas; es decir, \(F_{net} = 0\)) o la segunda ley de Newton si el cuerpo está acelerando (fuerza desequilibrada; es decir, \(F_{net} \neq 0\)).
Nota: Si hay aceleración, no la incluimos directamente en el diagrama de cuerpo libre; sin embargo, puede ser útil indicar la aceleración fuera del diagrama de cuerpo libre. Puedes etiquetarla con un color diferente para indicar que está separada del diagrama de cuerpo libre.
Apliquemos la estrategia de resolución de problemas al dibujar un diagrama de cuerpo libre para un trineo. En la figura \N(\PageIndex{1a}), un trineo es arrastrado por una fuerza \N(\vec{P}\) con un ángulo de 30º. En la parte (b), mostramos un diagrama de cuerpo libre para esta situación, tal como se describe en los pasos 1 y 2 de la estrategia de resolución de problemas. En la parte (c), mostramos todas las fuerzas en términos de sus componentes x e y, de acuerdo con el paso 3.
Dibuja y explica un diagrama de cuerpo libre para mostrar todas las fuerzas que actúan sobre un coche
El primer paso para describir y analizar la mayoría de los fenómenos de la física es dibujar cuidadosamente un diagrama de cuerpo libre. Los diagramas de cuerpo libre se han utilizado en los ejemplos de este capítulo. Recuerde que un diagrama de cuerpo libre sólo debe incluir las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo de interés. Una vez que hemos dibujado un diagrama de cuerpo libre preciso, podemos aplicar la primera ley de Newton si el cuerpo está en equilibrio (fuerzas equilibradas; es decir,
Nota: Si hay aceleración, no la incluimos directamente en el diagrama de cuerpo libre; sin embargo, puede ser útil indicar la aceleración fuera del diagrama de cuerpo libre. Puedes etiquetarla con un color diferente para indicar que está separada del diagrama de cuerpo libre.
. En la parte (b), mostramos un diagrama de cuerpo libre para esta situación, tal como se describe en los pasos 1 y 2 de la estrategia de resolución de problemas. En la parte (c), mostramos todas las fuerzas en términos de sus componentes x e y, de acuerdo con el paso 3.
Figura 5.32 (a) El diagrama de cuerpo libre para el objeto aislado A. (b) El diagrama de cuerpo libre para el objeto aislado B. Comparando los dos dibujos, vemos que la fricción actúa en la dirección opuesta en las dos figuras. Dado que el objeto A experimenta una fuerza que tiende a tirar de él hacia la derecha, el rozamiento debe actuar hacia la izquierda. Como el objeto B experimenta una componente de su peso que tira de él hacia la izquierda, hacia abajo de la pendiente, la fuerza de rozamiento debe oponerse a ella y actuar hacia arriba de la rampa. La fricción siempre actúa en sentido contrario a la dirección del movimiento.
Resolución de diagramas de cuerpo libre
El diagrama de cuerpo libre es una representación pictórica utilizada para analizar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. El propósito de un diagrama de cuerpo libre es mostrar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo debido al contacto con otros objetos, y/o debido a las fuerzas corporales que actúan sobre el cuerpo (como la gravedad o los campos magnéticos).
El diagrama de cuerpo libre te permite plantear el problema de forma adecuada para que puedas resolver correctamente las incógnitas, como las fuerzas y la aceleración. Te permite tener una «sensación» de lo que sucede antes de aplicar las ecuaciones de movimiento. Es especialmente importante para los problemas más complicados, en los que es fácil olvidar algo accidentalmente si intentas resolver el problema introduciendo directamente los valores en las ecuaciones, sin utilizar primero una ayuda visual.
– Asignar un sistema de coordenadas, para resolver las diferentes incógnitas en términos de valores de coordenadas. La elección del sistema de coordenadas, como el cartesiano o el polar, suele basarse en la comodidad. Para relacionar con precisión las fuerzas que actúan sobre un cuerpo con su aceleración, el sistema de coordenadas utilizado debe ser un marco de referencia inercial.
Diagrama de cuerpo libre polea
Considera el siguiente montaje. ¿Cuál es la fuerza mínima necesaria para que el bloque de 3 kg se mantenga sobre el bloque de 8 kg? Dado que el coeficiente de fricción estática entre los bloques es de 0,8 y el coeficiente de fricción cinética entre el bloque de 8kg y la superficie es de 0,4.
En comparación con el problema del carro en el que la masa colgante también está tocando el carro, no se dibujó ninguna fuerza de reacción e incluso se trataron las tres masas como una sola. David me lo explicó anoche y pensé que lo había entendido, pero me fui a la cama y me puse a pensar en ello y ¡se volvió aún más confuso!
Los dos bloques aceleran, y de hecho tienen la misma aceleración. Lo verás si escribes el conjunto completo de las componentes x e y de la segunda ley de Newton para cada sistema (es decir, para cada bloque). En la solución dada, sólo escribieron las componentes que se necesitan directamente para resolver el problema.
