Qué muestra un diagrama de cuerpo libre
Un diagrama de cuerpo libre es una representación visual de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. No muestra el movimiento o la aceleración del objeto directamente. Muestra:
* Fuerzas: Flechas que representan la dirección y la magnitud de cada fuerza que actúa sobre el objeto (por ejemplo, gravedad, fuerza normal, fricción, fuerza aplicada).
* objeto: Una representación simple del objeto (generalmente un cuadro o círculo).
Cómo obtener aceleración
Para encontrar la aceleración de un diagrama de cuerpo libre, debe seguir estos pasos:
1. Identificar todas las fuerzas: Asegúrese de que haya identificado correctamente todas las fuerzas que actúan sobre el objeto en su diagrama de cuerpo libre.
2. Elija un sistema de coordenadas: Decide un sistema de coordenadas (generalmente ejes x e y) para describir la dirección de las fuerzas.
3. Resolver las fuerzas en componentes: Si las fuerzas no están alineadas con los ejes elegidos, rómpelos en componentes horizontales (x) y verticales (y).
4. Aplicar la segunda ley de Newton: Para cada dirección (x e y), resume todas las fuerzas que actúan en esa dirección y la colocan igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración en esa dirección:
* Σf_x =ma_x
* Σf_y =ma_y
5. Resolver la aceleración: Resuelva las ecuaciones para los componentes de aceleración (A_X y A_Y).
6. Encuentre la magnitud y la dirección: Si necesita la aceleración general, use el teorema de Pitágoras para encontrar la magnitud:a =√ (a_x² + a_y²). La dirección se puede encontrar usando trigonometría.
Ejemplo
Digamos que tienes una caja sentada en una rampa con una fuerza empujándola cuesta arriba. Así es como encontrarías la aceleración:
1. Fuerzas: Gravedad (hacia abajo), fuerza normal (perpendicular a la rampa), fuerza aplicada (arriba de la rampa), fricción (opone el movimiento).
2. Sistema de coordenadas: Elija el eje X paralelo a la rampa y el eje y perpendicular a la rampa.
3. Fuerzas de resolución: Romper la gravedad en componentes paralelos y perpendiculares a la rampa.
4. La segunda ley de Newton:
* Σf_x =ma_x (suma de fuerzas paralelas a la rampa)
* Σf_y =ma_y (suma de fuerzas perpendiculares a la rampa)
5. Resolver: Resuelva las ecuaciones para A_X y A_Y.
6. Magnitud y dirección: Use el teorema y la trigonometría de Pitágoras para encontrar la aceleración general.
Punto clave: El diagrama de cuerpo libre es una herramienta visual que lo ayuda a identificar y organizar las fuerzas involucradas. La aceleración se calcula a través de la segunda ley de Newton utilizando la información del diagrama de cuerpo libre.
