DIAGRAMA DEL CUERPO LIBRE

DIAGRAMA DEL CUERPO LIBRE

DEFINICIÓN

Equilibrio

Definimos la fuerza resultante como una sola fuerza cuyo efecto es igual al de un sistema de fuerzas en particular. Si la tendencia de un conjunto de fuerzas es producir un movimiento, la resultante también lo produce. Existe una condición de equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas externas que actúan sobre el objeto es igual a cero. Esto equivale a decir que cada fuerza externa se equilibra con la suma de todas las demás fuerzas externas cuando existe equilibrio. En consecuencia, de acuerdo con la primera ley de Newton, un cuerpo en equilibrio debe estar en re- poso o en movimiento con velocidad constante, ya que no existe ninguna fuerza externa que no esté equilibrada.

Introducción

La Mecánica es una rama de la Física que estudia y analiza el estado de reposo y de movimiento de los cuerpos bajo la acción de una fuerza. La mecánica se divide en 3 subramas que son la Estática, la Cinemática y la Dinámica. La estática se preocupa de analizar cómo actúan las fuerzas sobre los cuerpos en reposo. La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos sin preocuparse de la causa que los produce. La dinámica estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen. La causa del movimiento de los cuerpos es la acción de una fuerza.

Leyes de Newton

También conocidas como Principios Fundamentales de la Mecánica Clásica, permiten explicar el estado de reposo o de movimiento de los cuerpos. Estas leyes son 3:

1.- Principio de la Inercia: Para enunciar este principio es necesario especificar el concepto de inercia, que se define como la resistencia que ponen los cuerpos a cambiar de estado. Esta propiedad de los cuerpos se manifiesta en muchas actividades diarias nuestras; como por ejemplo: al partir bruscamente un autobús los pasajeros se van hacia atrás y si se detiene bruscamente los pasajeros se van hacia adelante; en los ascensores, en la subida o bajada rápida se experimente una sensación extraña en el estómago debido a la inercia; hay jinetes que saltan solos el obstáculo en carreras de saltos, cuando el caballo se retaca; en los choques violentos de automóviles es común que el copiloto salga disparado a través del parabrisas sino lleva puesto el cinturón de seguridad.

Estos y muchos otros ejemplos cotidianos son explicados por el Primer Principio de Newton, que también se conoce como 1° ley de Newton, cuyo enunciado dice: “todo cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo con velocidad constante a no ser que una fuerza externa lo obligue a cambiar de estado”.

Algunas aplicaciones de este principio son:

1.- Antes de usar el corrector se debe agitar bruscamente.

2.- Los pintores de “brocha gorda” sacuden la brocha para sacar el exceso de pintura.

3.- En el termómetro clínico se baja el mercurio al depósito sacudiéndolo bruscamente.

4.- Incluso los perros, lo primero que hacen al salir del agua es aplicar este principio.

De acuerdo a lo anterior, se puede deducir lo siguiente:

A.- Si la fuerza total sobre un cuerpo es cero y este cuerpo se encuentra inicialmente en reposo, se mantendrá en reposo.

B.- Si la fuerza total sobre un cuerpo es cero y el cuerpo se encuentra inicialmente en movimiento, este seguirá moviéndose en línea recta y con velocidad constante.

C.- Si la fuerza total sobre un cuerpo no es cero, este sufrirá cambios en su velocidad y/o en su dirección del movimiento.

PROBLEMAS Y EJEMPLOS

DIAGRAMAS LIBRES DE CUERPO

PROBLEMA #1

Cómo calcular la tensión de las cuerdas - 1ra Ley de Newton

Primera Ley de Newton – Ley de la Inercia

Ejercicio resuelto #1: Un saco de cemento de 50 kg de masa cuelga en equilibrio de tres cuerdas, dos de las cuerdas forman ángulos de 60° y 25° con la horizontal. Suponiendo que el sistema está en equilibrio, hallar la tensión de las cuerdas.

EJEMPLO

Componentes del Peso en el plano inclinado

PROBLEMA #2

Plano Inclinado (Polea sin Fricción) ►Equilibrio

Problema Sin Polea

En la figura 2, un objeto con una masa de 12 kg desciende deslizándose por un plano inclinado 30° con la horizontal. ¿Cuál es la aceleración del objeto y la fuerza normal al plano si no existe fricción alguna?

PROBLEMA#3

Segunda Ley de Newton -Ley del movimiento

Ejercicio 4: Dos masas están conectadas por una cuerda que corre sobre una polea sin fricción. La masa m₁ = 10 kg esta sobre un plano inclinado de 20° perfectamente lisa, y la masa m₂ = 4 kg esta suspendida libremente. ¿Cuál es la aceleración de las masas?