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Física avanzada 1 (AP Physics 1)
Curso: Física avanzada 1 (AP Physics 1) > Unidad 3
Lección 1: Introducción a las fuerzas y los diagramas de cuerpo libreRepaso de introducción a las fuerzas y los diagramas de cuerpo libre
Repasa las habilidades y los conceptos clave necesarios para estudiar las fuerzas, incluyendo cómo dibujar diagramas de cuerpo libre.
Términos clave
| Término | Significado | |
|---|---|---|
| Fuerza | Un empujón o tirón de un objeto, generalmente se denota como F. En el SI tiene unidades de Newtons (start text, N, end text) o start fraction, start text, k, g, space, m, end text, divided by, start text, s, end text, squared, end fraction. | |
| Fuerza de contacto | Una fuerza que requiere contacto entre objetos. Los ejemplos son la tensión, la fuerza normal y la fricción. | |
| Fuerza de largo alcance | Una fuerza que no necesita contacto entre los objetos para existir. Un ejemplo es la fuerza gravitacional (peso). | |
| Diagrama de cuerpo libre | Un diagrama que muestra las fuerzas que actúan sobre el objeto. El objeto se representa mediante un punto con fuerzas dibujadas como flechas que apuntan en dirección opuesta al punto. A veces llamado diagrama de fuerza. |
Tipos de fuerzas
| Fuerza (símbolo) | Tipo de fuerza | Descripción |
|---|---|---|
| Peso (F, start subscript, g, end subscript o W) | De largo alcance | La fuerza de la gravedad que actúa sobre un objeto con masa. Algunas veces llamada fuerza de gravedad. Siempre jala hacia la Tierra (abajo). |
| Tensión (F, start subscript, T, end subscript o T) | De contacto | Fuerza de algo que jala de un objeto. Puede ser causada por un resorte, cuerda, cadena, cable o alambre. Jala al objeto a lo largo de la dirección de la cuerda. |
| Fuerza normal (F, start subscript, N, end subscript o N) | De contacto | Fuerza entre dos objetos cuando se tocan. Empuja perpendicularmente a la superficie del objeto. |
| Fricción (F, start subscript, f, end subscript o f) | De contacto | Fuerza que se resiste al deslizamiento entre superficies. Empuja paralela a la superficie de contacto y en la dirección opuesta al deslizamiento. |
Cómo hacer un diagrama de cuerpo libre
- Comienza por identificar las fuerzas de contacto . Veamos qué toca el objeto al trazar un contorno alrededor de él (ver la Figura 1 a continuación). Dibuja un punto donde haya algo que toque el contorno; donde haya un punto, debe haber al menos una fuerza de contacto. Dibuja los vectores de fuerza en los puntos de contacto para representar cómo empujan o jalan del objeto (incluida la dirección correcta).
- Después de que hayamos identificado las fuerzas de contacto, dibuja un punto para representar el objeto que nos interesa (ver la Figura 2 a continuación). Solo queremos encontrar las fuerzas que actúan sobre nuestro objeto y no las fuerzas que el objeto ejerce sobre otros objetos.
- Dibuja un sistema de coordenadas y etiqueta las direcciones positivas. Si el objeto está inclinado, alinea los ejes con la inclinación.
- Dibuja las fuerzas de contacto en el punto con una flecha que apunte hacia afuera del punto. Asegúrate de que las longitudes de las flechas sean relativamente proporcionales entre sí. Etiqueta todas las fuerzas.
- Dibuja y etiqueta las fuerzas de largo alcance. Generalmente será el peso a menos que haya carga eléctrica o magnetismo involucrados.
- Dibuja y etiqueta el vector de aceleración a un lado sin tocar el punto. Si no hay aceleración, escribe a, equals, 0.
Este es un ejemplo de un diagrama de cuerpo libre para un bloque de queso sobre una mesa (ver Figura 2 abajo). La gravedad jala la masa del queso hacia abajo con peso (W) y la mesa empuja el queso hacia arriba con una fuerza normal (N). Puesto que hay no hay cuerdas y el queso no se desliza, no hay ninguna tensión o fricción.
Errores conceptuales comunes
- Algunas personas a veces dibujan las fuerzas del objeto actuando sobre otras cosas. Solo queremos dibujar las fuerzas que empujan o jalan de nuestro objeto. Concéntrate únicamente en lo que está sucediendo con el objeto de interés.
- A veces la gente olvida las direcciones de los diferentes tipos de fuerzas. El peso es siempre hacia abajo, la fricción siempre es paralela a la superficie de contacto, la normal siempre es perpendicular a la superficie de contacto y la tensión solo jala.
Aprende más
Para comprobar tu comprensión y trabajar hacia el dominio de estos conceptos, revisa nuestro ejercicio de diagramas de cuerpo libre.
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