Uso de flechas de fuerza en diagramas de física

Publicado el 8 diciembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

¿Qué son las fuerzas?

Amil está tratando de mover una caja de libros por el suelo. ¿Cómo puede moverlo? ¡Tiene que seguir adelante! Cuando lo empuja, lo que realmente está haciendo es ejercer una fuerza sobre la caja. Una fuerza es un empujón o un tirón que cambia el movimiento de un objeto. Las fuerzas pueden hacer que los objetos comiencen o dejen de moverse, acelerar o ralentizar los objetos que ya se están moviendo o hacer que los objetos cambien de dirección.

Hay dos componentes esenciales de una fuerza, conocidos como magnitud y dirección. La magnitud de una fuerza es la cantidad total de fuerza ejercida. Si Amil empuja su caja de libros un poco más fuerte, entonces la magnitud de la fuerza que está ejerciendo aumentará. La dirección , o en qué dirección, en la que se ejerce la fuerza es igualmente importante. Si Amil quiere mover su caja a través de la habitación, no ayudará mucho empujar la parte superior de la caja, ¡sin importar la magnitud de su fuerza! ¡Necesita empujar en la dirección en la que quiere que comience a moverse!

Dibujar flechas de fuerza

Las flechas de fuerza se utilizan para representar tanto la magnitud como la dirección de las fuerzas. La longitud de la flecha corresponde a la magnitud de la fuerza, con flechas más largas que indican fuerzas con mayores magnitudes. La dirección de la flecha corresponde a la dirección real en la que se ejerce la fuerza. Los científicos e ingenieros utilizan flechas de fuerza para predecir el movimiento de un objeto en función de las fuerzas que se le aplican.

Volvamos a Amil y su caja por un momento. Para representar la fuerza que está ejerciendo sobre la caja, podemos dibujar la caja y luego mostrar la fuerza usando una flecha de fuerza, así:

flechas de fuerza

¿Cómo cambiaría nuestra flecha de fuerza si empujara la caja con el doble de fuerza? Debido a que la magnitud de la fuerza se duplica, la longitud de la flecha de fuerza también debe duplicarse.

forzar flechas con una fuerza mayor

Ahora, ¿qué pasaría si no empujara directamente hacia la derecha, sino que sus brazos formaran un ángulo de 30 grados con el suelo? En ese caso, la dirección de la flecha de fuerza debe cambiar para mostrar la dirección en la que se aplica la fuerza.

fuerza la flecha en un ángulo

Diagramas de cuerpo libre

En muchos problemas de física, es importante identificar con precisión todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Luego, estas fuerzas se representan usando flechas de fuerza en una imagen llamada diagrama de cuerpo libre. Para crear un diagrama de cuerpo libre de un objeto, primero debe identificar todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.

Intentemos identificar todas las fuerzas que actúan sobre la caja de libros de Amil. Ya sabes que hay una fuerza que ejerce Amil sobre los libros, pero esta no es la única fuerza que actúa sobre la caja de libros. La gravedad de la Tierra es responsable de una fuerza que empuja hacia abajo la caja y evita que se aleje flotando.

Además, el piso empuja hacia arriba la caja y hay algo de fricción entre la caja y el piso, lo que da como resultado una fuerza de fricción que se dirige en la dirección opuesta a la forma en que se mueve la caja.

Puede mostrar todas estas fuerzas en un diagrama de cuerpo libre de la caja y luego usarlo para predecir el movimiento de la caja.

diagrama de cuerpo libre

Estas flechas de fuerza le dicen algo sobre cómo se moverá la caja. En este caso, debido a que la fuerza del empuje de Amil es mayor que la fuerza de fricción, la caja se acelerará a medida que se mueva hacia la derecha.

¿Y si de repente deja de presionarlo? Está bastante claro que la caja se ralentizará y se detendrá si eso sucede, pero un diagrama de cuerpo libre puede ayudar a explicar por qué sucede esto.

diagrama de cuerpo libre - desaceleración

Ahora, puede ver que hay una fuerza neta hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha. Esto significa que si la caja se movía inicialmente hacia la izquierda cuando dejó de empujarla, se ralentizará y finalmente se detendrá.

Resumen de la lección

Muy bien, tomemos un momento para revisar lo que hemos aprendido. Una fuerza es un empujón o un tirón que cambia el movimiento de un objeto. Las fuerzas pueden hacer que los objetos comiencen o dejen de moverse, que los objetos que ya se estén moviendo aumenten o disminuyan la velocidad, o que los objetos cambien de dirección.

Como también aprendimos, las flechas de fuerza se utilizan para representar tanto la magnitud como la dirección de las fuerzas. La magnitud de una fuerza es la cantidad total de fuerza ejercida y corresponde a la longitud de la flecha de fuerza. La dirección , o en qué dirección, en la que se ejerce la fuerza es igualmente importante, y la flecha de fuerza siempre debe dibujarse en la misma dirección en la que actúa la fuerza.

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