¡¡Hola querida comunidad de Hive Blog, reciban todos un cordial saludo! El día de hoy volvemos nuevamente con las publicaciones sobre fuerza y es que estaremos desarrollando un tema muy importante tanto para física, matemática y que resultara de ayuda para aquellas personas que estudian ingeniería, se trata de los diagramas de cuerpo libre.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva
Un diagrama de cuerpo libre es una representación gráfica que muy a menudo se utiliza en áreas como física e ingeniería, es como su nombre lo dice, un diagrama donde se representa mediante vectores todas las fuerzas que actúan en un sistema. La utilidad de los DCL es poder visualizar de manera más efectiva el sistema de fuerzas que actúan sobre un objeto, con el fin de identificar de mejor manera las fuerzas pares, tipos y componentes de las mismas.
Para construir un diagrama de cuerpo libre, podemos tomar en cuenta las siguientes recomendaciones:
1) Debemos realizar un sistema de referencia adecuado, fijando origen y ejes del mismo, el cuerpo a estudiar debe estar en un sistema inercial y utilizamos como origen el punto donde están aplicadas las fuerzas.
2) Si estamos trabajando un sistema que posee más de un cuerpo lo más recomendable es construir diagramas por separado.
Ahora, pongamos en práctica lo explicado y analicemos una situación, tenemos sobre una mesa un objeto de masa m, al mismo se le está aplicando una fuerza F1 horizontal hacia la derecha.
¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre la caja? Para ello, realizamos el diagrama de cuerpo libre, primeramente dibujando nuestro plano cartesiano con los ejes “x” y “y”, percatándonos de que coincida con el punto donde estarán aplicadas las fuerzas.
En este ejemplo las fuerzas que actúan son las siguientes:
En el eje y
P: Representa el peso de un cuerpo, fuerza con la que la tierra atrae los objetos hacia su centro, el mismo tiene dirección vertical y sentido hacia abajo, este se ubica en el eje –y.
N: Es la fuerza normal, que es la fuerza con la que el plano (mesa) actúa sobre el objeto, recordando que es perpendicular al plano tiene dirección vertical y sentido hacia arriba, ubicándose en el eje +y.
En el eje x
F1: es la fuerza que se está aplicando para tratar de mover el objeto, la misma tiene dirección horizontal y se mueve hacia la derecha, la ubicamos en el eje +x.
Fr: Es la fuerza de roce, la misma siempre tendrá sentido opuesto al movimiento, tiene dirección horizontal y sentido hacia la izquierda. Se ubica en el eje –x.
Ahora analicemos otro ejemplo, si tenemos una caja sobre un plano inclinado, realicemos el diagrama de cuerpo libre.
Realizamos el diagrama de cuerpo libre
Las fuerzas que actúan en este ejemplo son las siguientes:
N: Fuerza normal, la que el plano ejerce sobre el bloque.
P: Peso del cuerpo, con dirección vertical y sentido hacia abajo. Este a su vez, se descompone en las direcciones de los ejes.
Px: Componente del peso en el eje x
Py: Componente del peso en el eje y
Por último, realizaremos el diagrama de un semáforo que se encuentra en reposo, como lo vemos en la imagen.
En este caso debemos realizar dos diagramas de cuerpo libre por separado, uno para las cuerdas y otro para el semáforo.
Analizando el primer diagrama tenemos que:
T3: Es la tensión, se trata de la fuerza que ejerce la tercera cuerda que aparece en el sistema.
P: es el peso del cuerpo, con dirección vertical y sentido hacia abajo.
En el segundo diagrama tenemos que:
T1: Esta es la tensión que ejerce la cuerda 1, la misma tiene componentes en el eje x e y. Forma un ángulo con el eje x de 37°.
T2: Es la tensión de la cuerda 2; al igual posee componentes con los eje x e y. Forma un ángulo con el eje x de 53°.
Como podemos ver los diagramas de cuerpo libre son esenciales para resolver problemas de descomposición de fuerzas, es un método matemático muy utilizado en la ingeniería. Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y una vez más los invito a dejar sus comentarios, opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.
Referencias
Brett, E & Suárez, W. (2000). Teoría y práctica de física. Caracas: Distribuidora escolar, S.A.
Figueroa, D. (2006). Dinámica. Caracas: Douglas Figueroa.
Figueroa, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
