Diagrama de fuerzas

1. Fuerza Normal Fuerza de Roce Fuerza Motriz Fuerza Peso Diagrama de fuerzas

2. Objetivos • Reconocer las fuerzas que actúan sobre un objeto que está en movimiento o en reposo. • Representar con vectores las fuerzas que actúan sobre un objeto en algún caso concreto. • Confeccionar un diagrama de fuerzas con las fuerzas que actúan sobre un objeto en casos concretos.

3. Preguntas previas • ¿Por qué es útil representar una fuerza con una flecha? • Sobre un automóvil que está estacionado en la calle, ¿actúan fuerzas? • ¿Cuántas fuerzas actúan sobre una pelota que rueda sobre una cancha de pasto?, ¿cuáles son? • ¿Qué dirección tiene una fuerza que se aplica a un objeto a través de una cuerda?

4. Fuerza Normal Fuerza de Roce Fuerza Motriz Fuerza Normal Fuerza de Roce Fuerza Motriz Fuerza Peso Es equivalente a Fuerza Peso ¿Qué es un diagrama de fuerzas? Hola a todos y todas. Por acá estoy de nuevo. Para analizar las fuerzas que actúan sobre un objeto, es muy útil lo que se denomina diagrama de fuerzas sobre un cuerpo libre. O, simplemente: diagrama de fuerzas, o diagrama de cuerpo libre. Un diagrama de fuerzas es un esbozo muy simple en donde se identifican todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.

5. FA FB ¿Cómo construir un diagrama de fuerzas? Hay varias consideraciones que tener en cuenta. Hay una que ya se está utilizando: las fuerzas, por ser vectores, se representan con flechas. Una fuerza de mayor magnitud que otra, se dibuja con una flecha de mayor tamaño. En el ejemplo, se tiene que FA es mayor que FB, es decir: FA > FB La orientación de la flecha representa la dirección y sentido del vector. En el ejemplo se tiene que FA se dirige hacia la derecha y FB se dirige verticalmente hacia abajo.

6. Posición de los vectores que representan fuerzas Para efectos prácticos, y en situaciones simples, las fuerzas que recibe un objeto se dibujarán en el centro de masa del mismo. Para continuar con la simplicidad, y a espera de cursos superiores, el centro de masa estará en el centro del objeto. Normal Normal 1 Normal 2 Fuerza En el diagrama de fuerzas Situación real Situación real Velocidad Velocidad Fuerza Roce Roce En el diagrama de fuerzas En el diagrama de fuerzas Situación real

7. Importan solo las fuerzas que actúan sobre el objeto No hay que olvidar que cada vez que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste último reacciona aplicando una fuerza sobre el primero. Es decir, ambas fuerzas no actúan sobre el mismo cuerpo. Por ejemplo. El caso de la fuerza de roce sobre un objeto. Muy importante: En el diagrama de fuerzas solo se ubica la fuerza que actúa sobre el objeto que se estudia. movimiento movimiento Fuerza de roce sobre el objeto. Fuerza de roce sobre el objeto. Fuerza de reacción, al roce. Actúa sobre el suelo. En el diagrama de fuerzas.

8. Y Fuerza Normal Fuerza de Roce Fuerza Motriz X Fuerza Peso 0 Diagrama de fuerzas y sistema de coordenadas Los físicos, habitualmente, cuando confeccionan un diagrama de fuerzas, también ubican un sistema de coordenadas en el centro del objeto.

9. Y X 1: Arrastrando un cajón • Un niño ata una cuerda a un cajón y lo arrastra en el suelo horizontal. La cuerda está inclinada respecto al suelo. • Las fuerzas que actúan sobre el cajón son: • El peso (P), debido a la gravedad terrestre. • La tensión (T), que el niño ejerce con la cuerda sobre el cajón. • El roce (f), entre el cajón y el suelo. • La normal (N), que el suelo ejerce sobre el cajón. El diagrama de fuerzas correspondiente es el siguiente: N T f N T P f P

10. Y 0 X 2: Automóvil con velocidad constante Un automóvil se desplaza en un camino recto y horizontal con velocidad constante. Construir un diagrama de cuerpo libre con las fuerzas que actúan sobre él. Diagrama de fuerzas: • ¿Cómo son entre sí los valores de: • las fuerzas en el eje Y? • las fuerzas en el eje X? Normal Motriz Roce ¿Por qué? Peso Respuestas

11. Y 0 X 3: Motorista acelerando Consideremos un motociclista que acelera en un camino recto y horizontal. Construir el diagrama de fuerzas con las fuerzas que actúan sobre el conductor junto a su moto. Lo siento, pero la fuerza tensión no actúa sobre la motocicleta. Haga clic sobre las fuerzas que actúan sobre la motocicleta. ¿Por qué: a) las fuerzas normal y peso son de igual magnitud? b) la fuerza motriz es de mayor valor que la fuerza de roce? Normal Motriz Normal Roce Motriz Tensión Peso Roce Peso Respuestas Continuar

12. Y 0 X 4: Paracaidista Construir un diagrama de fuerzas para un paracaidista que cae con velocidad constante. • Responda: • ¿Por qué no se considera la fuerza normal? • ¿Por qué los vectores de las fuerzas Peso y Roce son de igual tamaño? • Cuando el paracaidista aún no abre el paracaídas, ¿cómo son, entre sí, los tamaños de los vectores Peso y Roce? Roce • Las fuerzas que actúan sobre el paracaidista son: • Peso • Roce Peso

13. 5: La hamaca Viene la época estival y una persona, de vacaciones, se tiende en la hamaca que tiene bajo la sombra de un árbol, a leer un libro. Considerando las fuerzas que actúan sobre la hamaca, confeccionar el diagrama de fuerzas correspondiente. Y, el diagrama de fuerzas es: Esta situación se puede simplificar a: Tensión cuerda izquierda Tensión cuerda derecha Cuerda lado izquierdo Cuerda lado derecho La hamaca recibe el peso de la persona, y el conjunto es sostenido por las dos cuerdas que penden de ambos árboles. En cada cuerda hay una fuerza llamada tensión que sostienen el peso total de la persona con la hamaca. Peso sobre hamaca Peso

14. +Y +Y 0 +X -X -X +X 0 -Y -Y 6: Construyendo un diagrama a partir de información Un objeto está sobre una superficie plana y horizontal, de modo que recibe las siguientes fuerzas: T en la dirección +X, P en la dirección –Y, N en la dirección +Y y f en la dirección –X. Si todas las fuerzas son de igual valor, construya el diagrama de fuerzas correspondientes. T P N f Por lo tanto, el diagrama solicitado sería: Para recordar: Aquí se presenta el sistema de coordenadas con las indicaciones necesarias. ¿Puede estar en movimiento el objeto? Explique. ¿Puede estar en reposo?

15. 7: Un vehículo estacionado • En la figura se observa una motocicleta estacionada en una calle que tiene pendiente (está inclinada). • Ubique un sistema de coordenadas cuyo origen esté en el centro de la motocicleta. - Construya un diagrama de fuerzas con las fuerzas que actúan sobre la motocicleta. Respuestas

16. 8: Un objeto cayendo libremente • Un macetero cae del balcón de un edificio. Su caída es tal que la velocidad del macetero aumenta a medida que va cayendo. • Identifique las fuerzas que actúan sobre el macetero mientras cae. • Construya el diagrama de fuerzas para el macetero mientras cae. Respuestas Haga clic aquí para ver la caída del macetero.

17. 9: Pelota en movimiento En la animación siguiente se observa una pelota que es pateada por un niño. La pelota rueda, disminuye su velocidad y finalmente se detiene. Considerando que se muestra la fuerza de roce que actúa sobre la pelota. ¿Cuáles son las otras fuerzas que actúan sobre la pelota mientras ella rueda? Construya un diagrama con todas las fuerzas que actúan sobre la pelota. Respuestas

18. Resumen • Todas las fuerzas se pueden representar con flechas debido a que son magnitudes vectoriales. • Independientemente del lugar en que un objeto reciba una fuerza, se la puede ubicar en su centro de masa. • En un diagrama de fuerzas solo se ubican las fuerzas que actúan sobre un objeto, no las fuerzas que ejerce el objeto. • Un diagrama de fuerzas en un esbozo simple que permite analizar el comportamiento de un objeto a partir de las fuerzas que actúan sobre él.

19. Sugerencias • Se recomienda observar el siguiente video que está en Youtube.com: video. • Se recomiendan las siguientes páginas web: • de Icarito • http://www.fisicapractica.com/cuerpo-libre.php • http://www.aulafacil.com/curso-fisica-movimiento/curso/Lecc-18.htm

20. Normal Motriz Roce Y Peso 0 X Respuestas a diapositiva 10 • ¿Cómo son entre sí los valores de: • las fuerzas en el eje Y? • las fuerzas en el eje X? Respuestas: a) En el eje vertical, eje Y, las fuerzas normal y peso han de tener el mismo valor numérico. Esto se justifica por el hecho de que el automóvil no acelera ni hacia arriba ni hacia abajo. Diagrama de fuerzas: b) En el eje X, eje horizontal, las fuerzas motriz y peso, que actúan sobre el automóvil, son de igual valor. Esto es consistente con el hecho de que el automóvil no acelera, sino que tiene una velocidad constante. Para que un objeto tenga velocidad constante, incluye el reposo, las fuerzas que actúan sobre él deben anularse entre sí. Haga clic para volver.

21. Y 0 X Normal Roce Motriz Peso Respuestas diapositiva 11 ¿Por qué: a) las fuerzas normal y peso son de igual magnitud? b) la fuerza motriz es de mayor valor que la fuerza de roce? a) Las fuerzas normal y peso, ambas en el eje Y, en direcciones opuestas, son de igual magnitud, o valor, pues el motorista no acelera en forma vertical, por lo tanto al restar ambas fuerzas el resultado debe ser nulo. Diagrama de fuerzas b) Las fuerza motriz es de mayor valor que la fuerza peso pues el motorista aumenta su velocidad, acelera, en la dirección de la fuerza motriz. Para que ello ocurra la fuerza en la dirección de la aceleración debe ser mayor que la que está en dirección opuesta. Haga clic para volver.

22. Y Y Normal Roce Normal Roce X Peso Peso X Respuesta diapositiva 15 Hay muchas opciones para ubicar un sistema de referencia. Pero en la situación planteada hay dos opciones preferentes. Considerando lo habitual. Eje X horizontal e Y vertical. Considerando el eje X paralelo a la calle y el eje Y perpendicular a la calle. Observación: La inclinación que tienen algunas fuerzas respecto al eje X o Y, requiere, para su tratamiento matemático, de conocimientos de cursos superiores. Haga clic para volver.

23. Respuesta diapositiva 16 • El caso de un macetero cayendo corresponde al movimiento de caída libre de un objeto. • En este caso se consideran solo dos fuerzas que actúan sobre él. • El peso. • El roce. • Ambas fuerzas tiene direcciones opuestas, y mientras el macetero aumente su velocidad durante su caída, la fuerza peso es mayor que la fuerza de roce con el aire. Y Roce X Peso Haga clic para volver.

24. Respuesta diapositiva 17 • Mientras la pelota rueda sobre el pasto, hay tres fuerzas que actúan sobre ella. • El peso de la pelota. • La normal sobre la pelota, por estar apoyada sobre una superficie sólida. • La fuerza de roce con el pasto. Y Normal Roce X Peso Aunque no se pregunta. La fuerza que proporciona el niño a la pelota solo está presente mientras su zapato está en contacto con ella. La fuerza que proporciona el puntapié no se traslada con la pelota. Dirección del movimiento de la pelota. Haga clic para volver.