Descripción general de los diagramas de fuerza y ​​cuerpo libre

¿Qué son los diagramas de fuerza de cuerpo libre?

Un diagrama de cuerpo libre es una imagen o un boceto que usan los físicos e ingenieros para mostrar las fuerzas que actúan sobre un objeto. En estos diagramas, las flechas se utilizan para representar fuerzas. Cuanto más larga sea la flecha, más fuerte será la fuerza.

Pero espere un minuto, ¿qué es exactamente una fuerza? En realidad, una fuerza es bastante simple: es solo un empujón o un tirón. Cuando empujas un carrito de compras por el supermercado, estás aplicando una fuerza. Cuando dejas caer una pelota, la gravedad aplica una fuerza. Y cuando dos polos norte de imanes se juntan, una fuerza intenta separarlos. Cualquier empujón o tirón es una fuerza.

Es útil tener una forma de representar las fuerzas sobre un objeto, porque los humanos pueden registrar información con imágenes mucho más rápidamente que las palabras o los números. Cuanto mejor comprenda una situación, más fácil será resolver los problemas de esa situación. Un ingeniero necesita saber qué fuerzas actuarán sobre un puente que planean construir, de lo contrario, ese puente podría colapsar.

Entonces, repasemos algunas de las reglas para dibujar diagramas de cuerpo libre (fuerza) (FBD) y cómo dibujar algunas de las fuerzas clave que necesita conocer.

Fuerzas y reglas clave

Regla número 1: Las líneas de flecha deben ser rectas y una fuerza debe apuntar en una dirección particular.

Una curva realmente no tiene sentido. Si empuja de dos maneras a la vez, sería una diagonal, pero aún así sería una línea recta. Quizás una curva significa que la fuerza está cambiando con el tiempo. Pero si las cosas cambian con el tiempo, es necesario dibujar más de un diagrama de fuerza. Todos los diagramas deben tener líneas rectas.

Regla número 2: Dibuja las fuerzas que actúan sobre un punto, con flechas apuntando en dirección opuesta al objeto.

A la gente le gusta dibujar flechas alejándose del borde de un objeto, pero en física sabemos que las fuerzas actúan en un lugar específico. Si el objeto es una partícula, dibujar un punto tiene mucho sentido. Pero incluso con un objeto más grande y de forma divertida, ese objeto todavía tiene un punto en el medio llamado centro de masa . Este es el lugar en el que parecen actuar las fuerzas. Si las fuerzas no actuaran en el centro de masa, el objeto comenzaría a girar. Entonces, a menos que sea un objeto giratorio, cada flecha debe apuntar en dirección opuesta a un punto. Y siempre se van, no hacia. Principalmente se trata de pulcritud: si apuntas flechas hacia el punto o mezclas los dos, puede ser confuso y poco claro.

Regla número 3: si un objeto está presionando sobre una superficie sólida y estacionaria, dibuje una fuerza normal a 90 grados de esa superficie.

Si no hubiera una fuerza normal, un objeto atravesaría la superficie sobre la que está sentado. En la mayoría de los casos, será simplemente un objeto sentado en el suelo o sobre una mesa, con una fuerza normal apuntando directamente hacia arriba. Pero si un objeto está en una pendiente, todavía está a 90 grados de la superficie. O si está presionando un objeto contra la esquina de una pared, es posible que tenga dos fuerzas normales.

Regla número 4: La fuerza de gravedad (Fg) actúa directamente hacia abajo.

Todo en la Tierra siempre tiene la fuerza de la gravedad actuando sobre él, ya sea que estés cayendo o completamente quieto. Cuando estás quieto, es solo porque la fuerza normal del suelo equilibra la fuerza de la gravedad.

Regla número 5: La tensión en una cuerda actúa en ambas direcciones, en la dirección de la cuerda.

Si tiene una cuerda que conecta dos objetos, ambos objetos sienten el tirón de la cuerda.

Regla número 6: La fricción actúa en sentido opuesto a la dirección del movimiento o la dirección en la que el objeto se movería si pudiera.

Digamos que tiene un bloque en una rampa, pero debido a la fricción, permanece sentado en la rampa y no se mueve. La fricción actuaría hacia arriba de la pendiente, paralela a ella porque siempre actúa en sentido opuesto a la dirección del movimiento. Si no fuera por fricción, el bloque se movería cuesta abajo, por lo que la fricción debe actuar hacia arriba. Por otro lado, si empuja el bloque cuesta arriba con las manos, entonces la fricción actuaría cuesta abajo, siempre opuesta a la dirección del movimiento.

Resumen de la lección

Un diagrama de cuerpo libre es una imagen o boceto utilizado por físicos e ingenieros para mostrar las fuerzas que actúan sobre un objeto, con flechas que representan fuerzas. Cuanto más larga sea la flecha, más fuerte será la fuerza. En realidad, una fuerza es bastante simple: es solo un empujón o un tirón. Es útil tener una forma de representar las fuerzas sobre un objeto, porque los humanos pueden registrar información con imágenes mucho más rápidamente que las palabras o los números.

Estas son algunas de las reglas más importantes para dibujar diagramas de cuerpo libre:

• Regla número 1: Las líneas de las flechas deben ser rectas.
• Regla número 2: Dibuja las fuerzas que actúan sobre un punto, con flechas apuntando en dirección opuesta al objeto. Por lo general, esto se debe a que para un objeto que no gira, el centro de masa de ese objeto es el lugar en el que las fuerzas parecen actuar.
• Regla número 3: si un objeto está presionando sobre una superficie sólida, dibuje una fuerza normal a 90 grados de esa superficie.
• Regla número 4: La fuerza de gravedad actúa directamente hacia abajo.
• Regla número 5: La tensión en una cuerda actúa en ambas direcciones, en la dirección de la cuerda.
• Regla número 6: La fricción actúa en sentido opuesto a la dirección del movimiento o la dirección en la que el objeto se movería si pudiera.