Diagramas de Cuerpo Libre
Summary
TLDREl guion del video ofrece una explicación detallada de los diagramas de cuerpo libre, una herramienta fundamental para representar las fuerzas externas que actúan sobre un sistema. Se discuten conceptos como el peso, la fuerza normal y la tensión, y cómo se interrelacionan en diferentes situaciones, como un bloque en una superficie horizontal o una masa sobre un plano inclinado. El script también destaca la importancia de la dirección de las fuerzas y cómo se aplican las leyes de Newton, especialmente la tercera ley de acción y reacción. Además, se ilustra cómo se descomponen y representan estas fuerzas en un plano cartesiano para facilitar el análisis de la interacción entre ellas.
Takeaways
- 📚 El diagrama del cuerpo libre es una representación gráfica de las fuerzas externas que actúan sobre un sistema o cuerpo mediante un plano cartesiano.
- 📐 El peso es una fuerza ejercida hacia abajo por la fuerza de gravedad y se representa con la letra 'W' en el diagrama.
- 🔄 Según la tercera ley de Newton, la acción y reacción son iguales y opuestas, lo que significa que la superficie ejerce una fuerza normal contra el peso.
- 🆚 La fuerza normal es perpendicular a la superficie y se representa con una 'N', y es la reacción al peso ejercido por el cuerpo.
- 📈 Para dibujar un diagrama del cuerpo libre, es necesario trasladar las fuerzas relevantes al plano cartesiano, manteniendo su dirección y magnitud.
- 🔄 En un plano inclinado, la normal sigue siendo perpendicular a la superficie, lo que significa que su dirección cambia según la inclinación de la superficie.
- 🤔 La tensión o fuerza de jalado, representada por 'F' o 'T', es una fuerza que se ejerce en una cuerda o similar, y es opuesta por la fricción cuando está presente.
- 🔄 La fricción es una fuerza que se opone al movimiento y es ejercida en sentido contrario a la fuerza de tensión o cualquier otro impulso que cause movimiento.
- 📉 Al dibujar diagramas de cuerpo libre en situaciones más complejas, es necesario identificar y representar todas las fuerzas interactuantes, incluyendo componentes en diferentes ejes.
- 🧲 En el caso de un objeto colgado, la fuerza de tensión es la que sostiene al objeto y se opone al peso, que en este caso actúa verticalmente hacia abajo.
Q & A
¿Qué es el diagrama del cuerpo libre y cómo se representa en un plano cartesiano?
-El diagrama del cuerpo libre es una gráfica que representa las distintas fuerzas externas que actúan sobre un sistema o cuerpo. Se representa en un plano cartesiano, donde se trasladan los vectores de las fuerzas relevantes a este plano, usualmente compuesto por los ejes x e y.
¿Cuál es la relación entre la fuerza de gravedad y el peso de un objeto?
-La fuerza de gravedad es la fuerza con la que la tierra atrae a un objeto hacia su centro. El peso es la manifestación de esta fuerza de gravedad en un objeto, ejerciendo una presión hacia abajo y es representado con la letra 'w' en el diagrama del cuerpo libre.
¿Qué se entiende por 'tercera ley de Newton' y cómo se relaciona con la fuerza normal?
-La tercera ley de Newton, también conocida como la ley de la acción y reacción, establece que toda acción tiene una reacción de igual magnitud y sentido contrario. La fuerza normal es la reacción a la presión ejercida por un objeto sobre una superficie, siempre perpendicular a esta y en sentido opuesto al peso.
¿Cómo se determina la dirección de la fuerza normal en un diagrama del cuerpo libre?
-La dirección de la fuerza normal se determina por la superficie sobre la cual se encuentra el objeto. Esa fuerza debe ser perpendicular a la superficie, formando un ángulo de 90 grados con ella.
¿Por qué es importante el ángulo de 90 grados entre la fuerza normal y la superficie?
-El ángulo de 90 grados entre la fuerza normal y la superficie es crucial porque indica que la fuerza normal es perpendicular a esta, lo que es una condición necesaria para que la fuerza normal actúe como reacción contra el peso del objeto.
¿Qué es la tensión y cómo se representa en un diagrama del cuerpo libre?
-La tensión es una fuerza ejercida por un objeto, como una cuerda o una polea, que tira de otro objeto. En el diagrama del cuerpo libre, se representa con una 'f' o 't', dependiendo de la convención usada, y indica la dirección en la que se ejerce la tensión.
¿Qué es la fricción y cómo se relaciona con el movimiento de un objeto sobre una superficie inclinada?
-La fricción es una fuerza que se opone al movimiento relajivo de un objeto sobre otra superficie. Cuando un objeto se desliza sobre una superficie inclinada, la fricción actúa en sentido opuesto a la tensión que jala el objeto, haciendo más difícil su movimiento.
¿Cómo se decompone el peso en componentes en un diagrama del cuerpo libre cuando el objeto está sobre una superficie inclinada?
-El peso se puede descomponer en dos componentes: uno paralelo a la superficie inclinada, que se opone a la tensión, y otro perpendicular a la superficie, que se balancea con la fuerza normal.
¿Cómo se representa la fuerza de tensión en un diagrama del cuerpo libre cuando un objeto está colgado de una cuerda?
-La fuerza de tensión en un objeto colgado de una cuerda se representa con una 'f' o 't' en el diagrama del cuerpo libre, mostrando la dirección en la que la cuerda tira del objeto, que es opuesta a la dirección del peso.
¿Cuál es el propósito de descomponer las fuerzas en componentes en un diagrama del cuerpo libre?
-Descomponer las fuerzas en componentes permite analizar el efecto neto de varias fuerzas actuando sobre un objeto en diferentes direcciones, facilitando la comprensión de la dinámica del sistema y la resolución de problemas de movimiento.
Outlines
📚 Diagramas de Cuerpo Libre
El primer párrafo explica qué es un diagrama de cuerpo libre y cómo se representa en un plano cartesiano. Se ilustra con un ejemplo de un bloque sobre una superficie horizontal, donde se identifican las fuerzas de peso (W) y fuerza normal (Y). Se destaca que el peso es la fuerza ejercida hacia abajo por la gravedad y la fuerza normal es la reacción perpendicular a la superficie. Se describe el proceso de traslado de vectores al plano cartesiano para construir el diagrama, incluyendo las variables m y w para identificar el peso y la fuerza normal respectivamente.
🔍 Análisis de Fuerzas en un Plan Inclinado
El segundo párrafo se enfoca en el análisis de fuerzas cuando hay una masa sobre un plano inclinado y otra masa que la jala por una cuerda. Se discute la necesidad de separar las masas y dibujar diagramas de cuerpo libre individuales para cada una. Se menciona la fuerza de tensión (F) y la fricción (f) como fuerzas adicionales que afectan al sistema, y cómo estas fuerzas se relacionan con el peso y la fuerza normal. Se describe el proceso de descomposición de las fuerzas en componentes para su representación en el diagrama de cuerpo libre, teniendo en cuenta la dirección y la interacción de cada fuerza.
🎯 Diagramas de Cuerpo Libre para Sistemas Variados
El tercer párrafo presenta un escenario donde hay una pelotita colgada sobre una superficie y se exploran las fuerzas que actúan sobre ella. Se identifica el peso como la fuerza principal que actúa hacia abajo y la fuerza de tensión como la fuerza opuesta que sostiene la pelotita. Se sugiere la posibilidad de descomponer el peso en componentes para una mejor comprensión del diagrama de cuerpo libre. Se enfatiza la importancia de elegir el centro de referencia adecuado para cada diagrama y se ofrecen distintas perspectivas para representar visualmente las fuerzas en acción.
Mindmap
Keywords
💡Diagrama del cuerpo libre
💡Fuerza de gravedad
💡Peso
💡Fuerza normal
💡Ley de acción y reacción de Newton
💡Plano cartesiano
💡Inclinado
💡Fuerza de tensión
💡Fricción
💡Componentes de fuerza
Highlights
El diagrama del cuerpo libre es una representación gráfica de las fuerzas externas en un sistema o cuerpo.
La fuerza de gravedad, conocida como peso, siempre actúa hacia abajo y se representa con la letra 'w'.
La tercera ley de Newton establece que toda acción tiene una reacción de igual magnitud y sentido contrario.
La fuerza normal es la reacción de una superficie a la presión ejercida por un objeto y es perpendicular a la superficie.
El peso y la fuerza normal son las únicas fuerzas interactuando en un objeto en reposo sobre una superficie horizontal.
El diagrama del cuerpo libre se realiza trasladando las fuerzas a un plano cartesiano de coordenadas x e y.
En un plano inclinado, la normal sigue siendo perpendicular a la superficie, no necesariamente hacia arriba.
La tensión es una fuerza ejercida por una cuerda o similar, y se representa con 'f' o 't'.
La fricción es una fuerza que se opone al movimiento y se debe considerar en el análisis de fuerzas.
La fricción actúa en sentido contrario a la fuerza de tensión cuando se jala un objeto.
El peso de un objeto en una rampa inclinada tiene componentes en dirección paralela y perpendicular a la rampa.
Se pueden descomponer las fuerzas en componentes para un mejor análisis en el diagrama del cuerpo libre.
El diagrama del cuerpo libre puede ser más fácil de interpretar al alinear las fuerzas con los ejes de coordenadas.
En el caso de un objeto colgado, la tensión es la fuerza que lo mantiene suspendido y se opone al peso.
Es importante identificar el punto de acción de cada fuerza para una representación precisa en el diagrama del cuerpo libre.
El análisis de fuerzas en un diagrama del cuerpo libre ayuda a entender el equilibrio y el movimiento de objetos en diferentes situaciones.
El peso es una fuerza constante en dirección y magnitud, independientemente de la orientación del objeto.
Transcripts
vamos a ver el día de hoy diagramas de
cuerpo libre conocido como de cl un
diagrama del cuerpo libre es una gráfica
en la cual se representa con a través de
un plano cartesiano las distintas
fuerzas externas que actúan sobre un
sistema o un cuerpo acá tenemos tres
ilustraciones en distintos ámbitos sí
que pueden ocurrir en la vida real
vamos a tomar este ejemplo y vemos que
hay un bloque que está sobre una
superficie si una superficie horizontal
entonces recordemos que todos los
objetos por la fuerza de gravedad son
atraídos hacia abajo esto es conocido
como peso el peso es una fuerza que ésta
ejerce se ejerce hacia abajo de
cualquier objeto y no cambia su
dirección su sentido en este caso pues
siempre irá hacia abajo
a esta le vamos a nombrar la letra w
entonces si el objeto ejerce una fuerza
hacia abajo recuérdense que con la
tercera ley de newton la ley de la
acción y reacción dice que a toda acción
le corresponde una reacción de igual
magnitud pero en sentido contrario
significa que si este bloque ejerce una
fuerza hacia abajo alguien le va a
devolver esa fuerza que para este caso
sería en la superficie que le devuelve
en la fuerza en sentido contrario y a
esta fuerza se le va a llamar normal
si le va a llamar fuerza normal la
fuerza normal se representa con una
letra ya sea en mayúscula o minúscula
entonces vemos que si este objeto está
en reposo no hay ninguna otra fuerza más
que estas dos interactuando sobre el
bloque tenemos la fuerza normal la
fuerza normal se caracteriza por ser
perpendicular a la superficie es decir
que si acá está la superficie para que
sea perpendicular tiene que formar un
ángulo de 90 grados y entonces vemos que
acá se forma un
en esta parte un ángulo de 90 grados lo
podamos ver mejor por acá entonces
tenemos los siguientes para poder hacer
un diagrama del cuerpo libre es
necesario pasarlo a algún plano si en
este caso el plano cartesiano compuesta
por el eje x y el eje ye para lo cual lo
que tenemos que hacer es trasladar estos
vectores hacia este plan
entonces recordemos lo siguiente
vemos que el peso va dirigida hacia
hacia abajo vamos a tomar esto como el
centro en este caso el centro de acá y
el peso va dirigida hacia abajo si el
peso va hacia abajo entonces lo voy a
colocar de esta forma entonces sabemos
que la normal actúa hacia arriba
entonces puedo escribir me lo puedo
dibujar y víctor a camps ya vieron
entonces si se dan cuenta pues ya tengo
mi diagrama de cuerpo libre
ya tengo mi diagrama de cuerpo libre
para esta figura estas dos fuerzas son
las que interactúan en este blog voy a
colocarle las variables en este caso la
variable m y la variable w sí para que
podamos identificarlos el peso hacia
abajo y la normal que va ejerció hacia
arriba lo ponemos en el eje el
dispositivo pasemos al siguiente
diagrama que se vea un tanto más
complejo pero
la verdad es que siempre se toma la
relación de la anterior y vemos lo
siguiente hay una masa sobre un plano
inclinado y que está siendo jalada por
otra por otra masa masa m2
y acá lo que tenemos que hacer es
separarlos
separarlo las masas es decir dibujar
distintos planos para cada uno de ellos
o distintas gráficas para cada uno de
ellos entonces lo primero que vamos a
identificar es que este objeto tiene una
dama pero no tiene un peso que va
dirigido hacia abajo es decir que no va
a cambiar entonces el peso va dirigido
hacia abajo definitivamente la posición
del objeto no me va a cambiar la
dirección del peso siempre va a ser
dirigida hacia abajo no importa si el
objeto esté inclinado entonces
recordemos que también si estás sobre
una superficie la superficie debe
ejercer una fuerza contraria y ésta es
conocida como la normal entonces vemos
pero recordemos algo la normal debe ser
perpendicular a la superficie qué
significa esto que si la superficie es
de esta forma para que se forme un
ángulo de 90 grados o la normal debería
estar en esta dirección
[Música]
fue un tema que vimos anteriormente
acá está la normal porque acá estando
normal dado que acá está la superficie y
si tenemos este acá vamos a formar un
alumno perdón de 90 grados con un ángulo
con la superficie tal vez lo vamos a
extender acá para que vean
en esta parte se forma el antro incluso
lo puedo hacer de este lado que se puede
formar ese ángulo de 90 grados
recuérdense que es respecto a la
superficie a esta parte de acá entonces
ya no es el hacia arriba porque la
mayoría confunde y piensa que la normal
siempre va dirigencia hacia arriba y no
es así es dirigida de acuerdo a la
superficie que en este caso es de la
superficie y perpendicular a esta manera
para que si quieren lo podemos lo vamos
a dibujar acá para que vean por qué yo
les digo que es perpendicular a la
superficie entonces lo voy a dibujar por
acá tengo esta esta línea que se es
de inclinación que tenemos acá y para
dibujar la normal debe ser permanente y
yo lo dibujo hacia arriba voy a notar
que aquí no hay un ángulo de 90 grados
es un ángulo actus debe ser un ángulo de
90 grados entonces para que sea
perpendicular la normal debe dirigir
hacia de dirigida hacia esta dirección y
acá pues ya voy a tener un ángulo de 90
grados
entonces recuérdese que la normal es
perpendicular a la superficie
aunque entonces podemos dibujar nuestro
diagrama de cuerpo libre pero tenga
cuidado porque acá hay más fuerzas que
están siendo ejercidas aquí hay otra
fuerza y la otra fuerza que se ejerce
sobre este objeto es
esa fuerza que está haciendo que jala la
cuerda
si a esto le voy a llamar fuerza y es
una fuerza o también conocido como
tensión ustedes la puedes gustar la
pueden escribir como f
así que significa fuerza de tensión o
algunos libros describen con la letra t
para indicar qué es la atención sí pero
yo lo puedo es que ver como efe subte
que la fuerza de tensión porque porque
hay una fuerza que está haciendo jalada
sí
y hacia arriba por lo tanto recordemos
que si consideramos que en este objeto o
en este sistema hay fricción la fricción
va a realizar una oposición en contra
del movimiento qué quiere decir eso
cuando tus alas en una rampa imagínate
una rampa dónde está escalando una caja
no es tan fácil de deslizarlo dado que
entre la superficie en la parte baja de
la del bloque
hay fricción se genera fricción entonces
al jalarlo es un tanto complicado
poderlo hacerlo fácilmente como la
fricción se opone al movimiento y
recordemos que al agregar más acá este
objeto pues lo que va a provocar es que
se va a ir va a ir subiendo entonces la
fricción hace su trabajo en contra de la
fuerza si la fuerza es hacia acá
la flexión va no va a ser en sentido
contrario es decir en esta parte acá le
puedo poner una letra f minúscula para
indicar la flexión entonces ahora si me
piden dibujar un diagrama de cuerpo
libre puedo dibujar esto verdad entonces
con sus colores puedo ir trazando por
ejemplo si tengo el plan pero recordemos
a cada uno
y acá se presentan todos dos situaciones
si vimos que el peso si veo que el peso
luego va a cambiar el peso siempre va a
ser a esta dirección luego aparece
lo que es la fuerza de tensión y la
fuerza de tensión pues tiene componentes
en el eje
x entonces acá lo puedo poner como ft o
fp y vemos qué
a la dirección contraria pues está la
actual aflicción poner acá la fricción y
finalmente la normal que actúa hacia
esta parte entonces puedo ver esta
situación
si puedo poner de esta forma se comporta
en este vector por lo tanto puede
encontrar componentes resultantes sí y
componentes en este caso la bueno la
componente resultante
y
de la sumatoria de todas estas fuerzas
ahora bien hay otra manera de poder
dibujar esto porque a veces de esta
posición
tendríamos que encontrar más variables
porque teníamos que encontrar las
componentes de cada una de estas fuerzas
usted es el año pasado se trabajaron
vectores entonces ya tienen esa noción
de cómo de cómo es cómo trabajan los
lectores cómo se suman los lectores yo
les recomiendo que podamos hacer lo
siguiente dado que él
a veces al dejarlo así pues es
se complica un tanto la situación para
poder tener un mejor lo mejor visual
ante esto lo que podemos hacer en los
siguientes qué les parece si esto lo
hacemos girar de manera que esto
coincida con éste y éste coincida con
éste y éste coincida con este porque
también lo podemos seguir aplicando
entonces cuando yo les digo es esto
significa dibujar un plano
de hecho pues si yo extiendo acá esta
parte creo que forma una cruz y ese
sería mi plano entonces puedo dirigir
todo acá puedo poner que este es la efe
la fuerza de tensión
y la normal que actúa para este caso no
voy a poner hacia arriba sí
y vemos también que tenemos hacia esta
dirección la fricción
fricción
finalmente tenemos el pez pero acá
tengamos mucho cuidado el peso no lo
puedo dibujar hacia abajo ya que si
vemos el peso no está sobre el eje de la
el eje que está entre el eje x negativo
y el eje
y entonces acá tenemos peso podemos
dibujar de esa forma podemos hay
diferentes maneras de hacerlo pero
digamos que una vez recomendado podría
ser esta incluso puedo yo descomponer al
peso puedo ir descomponiendo sí porque
éste tiene componentes
pero también tiene componentes mx
componentes en x y está w pues le puedo
trasladar acá para indicar que este
vector es el peso y puedo ir teniendo
las distintas
distintos componentes si ya tengo acá el
diagrama de cuerpo libre de esta figura
pero observemos que también hay una masa
2 ésta es más sencilla dado que sólo hay
fuerza es decir que sólo hay que actuar
la fuerza del peso que es hacia abajo
pero hay una fuerza que está haciendo
cuando este objeto
y la fuerza que está jalando el objeto
pues es conocido como fuerza de tensión
si acá no es normal porque no hay
ninguna es perfección que lo está
empujando hacia arriba sino que
simplemente la atención se está
generando entonces puedo poner efe subte
que la fuerza de tensión para este otra
figura entonces ésta sería la masa 1 y
ésta sería para la masa 2 entonces ya
tengo dibujado los dos diagramas de
tiempo libre pasemos al tercer día
grande en el tercer diagrama vemos que
hay una pelotita colgado
sobre una superficie
lo que vamos a ver vamos a ver las
fuerzas que interactúan acá recordemos
que está el peso que va dirigido hacia
abajo abajo vamos a dibujar acá el
lector peso dirigido hacia abajo vean
que todos los que hemos trabajado el
peso siempre hacia abajo no cambia al
menos que hagamos este tipo de
movimiento que lo tenemos esto entonces
empezó al rotarlo pues toma esta
posición que es la que tenemos acá
entonces vemos lo siguiente tenemos el
peso hacia arriba pero hay algún canal
y esa fuerza es conocida como fuerza de
tensión entonces vamos a dibujar la
fuerza de tensión
de extensión y entonces ya tenemos
dibujados los distintos diagramas de
cuerpo libre para las miserias
recordemos que este es el punto centro
que vamos a ir tomando en cada uno de
ellos entonces ya tenemos acá un
diagrama de cuerpo libre para cada fila
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