Diagramas de cuerpo libre en problemas de física

En física, los diagramas de cuerpo libre ayudan a entender cómo las leyes del movimiento de Newton describen cómo se mueven los objetos cuando se les aplican fuerzas. Aquí hay algunas preguntas de práctica que puede probar.

Use el siguiente diagrama de fuerzas de una masa que cuelga de una polea con una cuerda sin masa para responder a las Preguntas 1 a 3. Las letras en el diagrama significan vectores.

  • ¿Qué vector representa la fuerza gravitacional que la Tierra ejerce sobre la masa?
  • ¿Qué vector(es) representan la fuerza de tensión?
  • Utilice el siguiente diagrama de fuerzas, que muestra una caja de masa m sentada sobre una mesa, para responder a las preguntas 4 y 5. Las letras en el diagrama significan vectores.
  • ¿Qué vector representa la fuerza normal ejercida sobre la caja?
  • Asumiendo que la tabla soporta completamente el peso de la caja, ¿qué igualdad debe ser verdadera en términos de A, B, C y D- las magnitudes de los vectores mostrados?
  • DLa fuerza de gravedad entre la Tierra y un objeto siempre apunta directamente hacia abajo en un diagrama de fuerzas.
  • A y CR Independientemente de la dirección, las fuerzas de tensión siempre conectan un objeto -sobre el que se ejerce la fuerza- con un segundo objeto que ejerce la fuerza. Cada vez que se ve una cuerda tensa en una pregunta de física, existen fuerzas de tensión a lo largo de la cuerda. (En el diagrama dado, la dirección de A indica que la cuerda está jalando un segundo objeto invisible con la ayuda de la polea.)
  • A y CI Si la masa no acelera verticalmente, entonces C y D deben ser iguales; de la misma manera, si la masa no acelera horizontalmente, entonces B y E deben ser iguales. Sin embargo, ninguna de estas situaciones está estipulada por la información que se le ha dado. Lo único seguro es que las magnitudes de las dos fuerzas de tensión -A y C- deben ser iguales, porque están en la misma cuerda. Apuntan en direcciones opuestas para satisfacer la tercera ley de fuerzas iguales y opuestas de Newton (o de lo contrario la cuerda se rompería a sí misma).
  • La fuerza normal apunta perpendicularmente lejos de una superficie, comenzando desde el punto de contacto entre el objeto en cuestión y la superficie misma.
  • A = Completamente apoyado por la tabla, el bloque nunca acelera hacia abajo (o hacia arriba), por lo que la fuerza neta sobre el bloque en la dirección vertical debe ser igual a 0:Note que hay un signo negativo en la magnitud de D porque ese vector está apuntando hacia abajo (la dirección negativa, convencionalmente). Las magnitudes de A y D son iguales, pero sus direcciones son opuestas.
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