Representación y Diagrama de fuerzas * 16/07/96 Representación y Diagrama de fuerzas Fuerza Normal Peso Motriz Fuerza de Roce Nivel: 7 Objetivo de aprendizaje: 1 Distinguir las fuerzas que actúan simultáneamente sobre un objeto en movimiento o en reposo y las direcciones en que se ejerce, en casos concretos. Dibujo del autor. *

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. Índice: Diapositiva 1: Portada Diapositiva 2: Objetivos Diapositiva 3: Preguntas previas Diapositivas 4: ¿Qué es un diagrama de fuerzas? Diapositiva 5: ¿Cómo construir un diagrama de fuerzas? Diapositiva 6: Posición de los vectores que representan las fuerzas Diapositiva 7: Importan solo las fuerzas que actúan sobre el objeto Diapositiva 8: Diagrama de fuerzas y sistema de coordenadas Diapositiva 9: 1: Arrastrando un cajón Diapositiva 10: 2: Automóvil con velocidad constante Diapositiva 11: 3: Motorista acelerando Diapositiva 12: 4: Paracaidista Diapositiva 13: 5: La hamaca Diapositiva 14: 6: Construyendo un diagrama de fuerzas a partir de información Diapositiva 15: 7: Un vehículo estacionado Diapositiva 16: 8: Un objeto cayendo libremente Diapositiva 17: 9: Pelota en movimiento Diapositiva 18: Resumen Diapositiva 19: Sugerencias de web

Representación de una fuerza Las fuerzas, por ser vectores, se representan con flechas. El efecto que produce una fuerza sobre un objeto depende: Intensidad o magnitud. Dirección. Sentido

Tipos de fuerzas 1. Fuerza de roce: dinámico y estático. 2. La tensión 3. Fuerza elástica 4. Fuerza magnética 5. Fuerza Normal 6. Fuerza peso 7. Fuerza gravitacional

Clasificación de las fuerzas Se pueden clasificar según el tipo de interacción entre los objetos involucrados. Contacto Distancia

¿Qué es un diagrama de fuerzas? Normal Peso Motriz Fuerza de Roce Un diagrama de fuerzas nos permite identificar todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Fuerza Normal Peso Motriz Fuerza de Roce Es equivalente a Dibujos del autor.

¿Cómo construir un diagrama de fuerzas? 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 FA FB La orientación de la flecha representa la dirección La sentido del vector. En el ejemplo se tiene que FA se dirige hacia la derecha y FB se dirige verticalmente hacia abajo. Dibujos del autor.

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 Dibujos del autor. Velocidad Velocidad Fuerza Roce Roce En el diagrama de fuerzas Situación real En el diagrama de fuerzas

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. Dibujos del autor. 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.

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. X Y Fuerza Normal Peso Motriz Fuerza de Roce Dibujos del autor.

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: Y X N T Dibujos del autor. f N T P f P

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: X Y ¿Cómo son entre sí los valores de: las fuerzas en el eje Y? las fuerzas en el eje X? Normal Dibujos del autor. Motriz Roce ¿Por qué? Peso Respuestas

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. X Y 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? Dibujos del autor. Normal Motriz Normal Roce Motriz Tensión Peso Roce Peso Respuestas Continuar

4: Paracaidista Construir un diagrama de fuerzas para un paracaidista que cae con velocidad constante. X Y 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 Dibujos del autor.

5: La hamaca Y, el diagrama de fuerzas es: Peso 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 Dibujos del autor. 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

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. -X -Y +Y +X -X +X -Y +Y Dibujos del autor. ¿Puede estar en movimiento el objeto? Explique. ¿Puede estar en reposo?

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. Dibujos del autor. - Construya un diagrama de fuerzas con las fuerzas que actúan sobre la motocicleta. Respuestas

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. Dibujos del autor. Respuestas Haga clic aquí para ver la caída del macetero.

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. Animación del autor. Respuestas

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.

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