4 EJEMPLOS DEL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
1. a) Un semáforo que cuelga del soporte mediante cables, b) diagrama de cuerpo libre del semáforo y c) diagrama de cuerpo libre en el nudo de los cables. Fuente: Serway, R. College Physics.
En la figura 1 tenemos un ejemplo de diagrama de cuerpo libre que vamos a analizar.
La situación es la siguiente: un semáforo que pende en reposo de unos cables (figura 1a). Sobre él actúan dos fuerzas, una es la que la que ejerce la Tierra, que es el peso. En el diagrama se denota como Fg y actúa verticalmente hacia abajo.
La otra fuerza es la tensión en la cuerda vertical, llamada T3 y que va en dirección vertical hacia arriba, sujetando al semáforo e impidiendo que vaya a parar al suelo.
2. Una persona halando un baúl o contenedor
Es muy común que las personas tengan que trasladar objetos pesados como el contenedor de la figura. Para ello deben ejercer una fuerza F sobre el contenedor, que en este ejemplo es horizontal y hacia la derecha, que es la dirección del movimiento.
Pero esta no es la única fuerza que actúa sobre él, también está la normal n, ejercida por la superficie plana de la plataforma con ruedas. Y finalmente está el peso del mismo: Fg, dirigido verticalmente hacia abajo.
La normal es una fuerza que surge siempre que dos superficies estén en contacto y siempre es perpendicular a la superficie que la ejerce. En este caso, la plataforma con ruedas ejerce una normal sobre el contenedor.
3. Un bloque que se desliza por un plano inclinado
Algunos pupitres tienen la mesa ligeramente inclinada para que sea más cómodo tomar los apuntes y leer. También dispone de una ranura porta-lápiz, pero todos alguna vez hemos puesto el lápiz sobre la mesa fuera de la ranura y hemos visto cómo desliza sobre la mesa.
¿Qué fuerzas actúan sobre el lápiz?
Las mismas que actúan sobre el bloque que se muestra en el siguiente diagrama de cuerpo libre:Como siempre el peso Fg es vertical, indiferentemente de la inclinación del sistema.
Y por último tenemos una nueva fuerza actuando, que es la fricción cinética Ffr entre la mesa y el lápiz o bloque. La fricción también es una fuerza de contacto, pero a diferencia de la normal, se trata de una fuerza tangencial (paralela) a la superficie. Obsérvese también que siempre está dirigida en sentido contrario al movimiento.
4. La máquina de Atwood
La máquina de Atwood es una máquina simple que consta de una polea liviana y sin rozamiento en el riel, por el que pasa una cuerda también ligera e inextensible.
De la misma se cuelgan dos objetos de masas m1 y m2. Cuando uno de los objetos sube, el otro desciende, tal como se muestra en la figura 4a:
Figura 4. La máquina de Atwood y los respectivos diagramas de cuerpo libre de las masas que cuelgan de la cuerda. Fuente: serway, R. College Physics.
Como hay dos objetos, se hace un diagrama de cuerpo libre para cada uno por separado. Para ambos objetos solo hay dos fuerzas: la tensión en la cuerda T y los pesos respectivos.
En la figura, cada peso está expresado directamente como el producto de la masa por la aceleración. Por su parte, la tensión siempre está dirigida verticalmente a lo largo de la cuerda tensada.
Explicación:
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