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Tema 4: Diagramas de cuerpo libre y leyes de Newton

📄 introduccion fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

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Respuesta rápida

Fuerza: interacción que cambia el movimiento o la forma de un cuerpo, medida en newtons (N). 2) Porque las fuerzas determinan el movimiento; sin analizarlas no se puede predecir el comportamiento del sistema ni diseñar con seguridad.

fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 52

Fisica 1° · 2024

Ejercicio 1

¿Qué significa el término "fuerza" en la vida diaria?

En el lenguaje cotidiano, "fuerza" alude a la capacidad de hacer un esfuerzo físico (empujar, levantar, tirar).
En física, fuerza es toda interacción que, actuando sobre un cuerpo, puede cambiar su estado de movimiento (acelerarlo o frenarlo) o deformarlo.
Se mide en newtons ( $\text{N}$ ) y se representa con un vector: $\vec{F}$ , con magnitud, dirección y sentido.
Ejemplos diarios: el peso de la mochila sobre los hombros, la tensión de una cuerda al tirar de ella, la normal del piso al caminar, la fricción que frena un bicicleta.

Respuesta

En la vida diaria, "fuerza" significa empujar o tirar de algo; en física es toda interacción que modifica el movimiento o la forma de un cuerpo, medida en newtons ( $\text{N}$ ).

Ejercicio 2

¿Por qué crees que es importante entender las fuerzas que actúan sobre un objeto?

Porque el movimiento de cualquier objeto queda determinado exclusivamente por la resultante de todas las fuerzas que lo afectan: $\sum \vec{F} = m \vec{a}$ (2.ª ley de Newton).
Sin identificar cada fuerza (peso, normal, tensión, fricción, rozamiento) no se puede predecir si el objeto se mueve, se detiene o se deforma.
Permite diseñar con seguridad: puentes, frenos, cuerdas de escalada, estructuras y máquinas se calculan a partir de los diagramas de cuerpo libre.
Permite también reconocer cuándo el sistema es inercial y cuándo no, evitando errores al aplicar las leyes de Newton.

Lectura del diagrama del espacio

El esquema muestra el sistema clásico de dos masas unidas por una cuerda inextensible sobre una polea:

Cuerpo 1 ( $m_1$ ): masa apoyada en un plano inclinado de ángulo $\theta$ . Actúan sobre ella: el peso $m_1 g$ (vertical hacia abajo), la normal $\vec{N}$ (perpendicular al plano) y la tensión $\vec{T}$ (paralela al plano, hacia la polea).
Cuerpo 2 ( $m_2$ ): masa suspendida verticalmente. Actúan sobre ella: el peso $m_2 g$ hacia abajo y la tensión $\vec{T}$ hacia arriba.
La tensión $\vec{T}$ tiene la misma magnitud en ambos extremos de la cuerda (cuerda ideal y polea sin fricción).
Componentes del peso de $m_1$ sobre el plano inclinado: paralela $m_1 g \sin\theta$ y perpendicular $m_1 g \cos\theta$ .

Este diagrama es la base para construir los diagramas de cuerpo libre que desarrolla el criterio de evaluación CE.CN.F.5.4.

Respuesta

Es importante porque las fuerzas determinan el movimiento y la forma de los objetos; sin analizarlas no se puede predecir el comportamiento de un sistema ni diseñar estructuras y máquinas seguras.

Contenido de la página

TEMA 4: Diagramas de cuerpo libre y leyes de Newton

![Diagrama del espacio: masa m₁ sobre un plano inclinado de ángulo θ unida por una cuerda que pasa por una polea a una masa m₂ suspendida. Sobre m₁ actúan la normal N, la tensión T y el peso m₁g; sobre m₂ actúan la tensión T y el peso m₂g.]

Fuente: https://n9.cl/knfdj

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.4. Elabora diagramas de cuerpo libre y resuelve problemas para reconocer los sistemas inerciales y los no inerciales, la vinculación de la masa del objeto con su velocidad, el principio de conservación de la cantidad de movimiento lineal, aplicando las leyes de Newton (con sus limitaciones de aplicación) y determinando el centro de masa para un sistema simple de dos cuerpos.

OBJETIVOS

OG.CN.8. Comunicar información científica, resultados y conclusiones de sus indagaciones a diferentes interlocutores, mediante diversas técnicas y recursos, la argumentación crítica y reflexiva y la justificación con pruebas y evidencias.

Saberes previos

¿Qué significa el término "fuerza" en la vida diaria?
¿Por qué crees que es importante entender las fuerzas que actúan sobre un objeto?

Texto de Física — página 51

Ejemplos resueltos

Identifica las fuerzas que actúan sobre cada masa del diagrama del espacio.

Sobre $m_1$ (en el plano inclinado): peso $m_1 g$ hacia abajo, normal $\vec{N}$ perpendicular al plano y tensión $\vec{T}$ paralela al plano hacia la polea. 2. Sobre $m_2$ (suspendida): peso $m_2 g$ hacia abajo y tensión $\vec{T}$ hacia arriba. 3. La magnitud de $\vec{T}$ es igual en ambos cuerpos por ser la misma cuerda ideal.

Tabla

Cuerpo	Fuerzas que actúan	Dirección
$m_1$	Peso $m_1 g$	Vertical hacia abajo
$m_1$	Normal $\vec{N}$	Perpendicular al plano
$m_1$	Tensión $\vec{T}$	Paralela al plano, hacia la polea
$m_2$	Peso $m_2 g$	Vertical hacia abajo
$m_2$	Tensión $\vec{T}$	Vertical hacia arriba

Diagrama

graph TD
    A[Sistema: dos masas unidas por cuerda] --> B[Cuerpo m1 sobre plano inclinado]
    A --> C[Cuerpo m2 suspendido]
    B --> B1[Peso m1g vertical]
    B --> B2[Normal N perpendicular al plano]
    B --> B3[Tension T paralela al plano]
    C --> C1[Peso m2g vertical]
    C --> C2[Tension T vertical]

Fórmulas y ecuaciones

$\sum$ $\vec{F}$ = m $\vec{a}$ (segunda ley de Newton)

Componentes del peso en un plano inclinado: paralela $m g \sin\theta$ , perpendicular $m g \cos\theta$

$\sum$ $\vec{F}$ = m $\vec{a}$

$m_1$ g $\sin\theta$

$m_1$ g $\cos\theta$

$\vec{P}$ = m $\vec{g}$

Glosario (6)

Fuerza: Interacción que, al actuar sobre un cuerpo, modifica su estado de movimiento o su forma; se mide en newtons (N).
Diagrama de cuerpo libre: Representación aislada de un objeto en la que se dibujan únicamente las fuerzas externas que actúan sobre él.
Diagrama del espacio: Esquema del sistema completo con todos sus cuerpos y las trayectorias posibles, antes de aislar cada cuerpo.
Tensión: Fuerza de contacto que ejerce una cuerda o un cordel sobre los cuerpos a los que está unida, dirigida a lo largo de la cuerda.
Normal: Fuerza de contacto que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado en ella, perpendicular a la superficie.
Sistema inercial: Referencial en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, donde se cumplen las leyes de Newton.

Preguntas para practicar

¿Qué significa el término "fuerza" en la vida diaria?

En la vida diaria alude al esfuerzo para empujar o tirar; en física es toda interacción que modifica el movimiento o la forma de un cuerpo y se mide en newtons (N).

¿Por qué crees que es importante entender las fuerzas que actúan sobre un objeto?

Porque las fuerzas determinan el movimiento y la forma de los objetos; analizarlas permite predecir el comportamiento del sistema, evitar fallas y diseñar estructuras y máquinas seguras.

Temas y conceptos clave

Diagramas de cuerpo libreLeyes de NewtonSistemas inerciales y no inercialesCantidad de movimiento linealCentro de masa de dos cuerposFuerzaDiagrama de cuerpo libreDiagrama del espacioTensiónNormalPesoPlano inclinadoSistema inercialCantidad de movimiento

Fuentes y referencias

https://n9.cl/knfdj

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¿Qué dice la segunda ley de Newton y cómo se aplica a dos masas unidas por una polea?

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📌 Antes de leer esto

• Vectores y descomposición de fuerzas
• Segunda ley de Newton F = m a
• Concepto de peso, normal y tensión
• Trigonometría básica (seno y coseno)

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Diagramas de cuerpo libre: construcción paso a paso y ejemplos resueltos

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TEMA 4:

Diagramas de cuerpo libre y leyes de Newton

Jam ee

. . mag Diagrama del espacio

Fuente: httpsi//n9.cl/knfdj

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.4. Elabora diagramas de cuerpo libre y resuelve problemas para reconocer los sistemas inerciales y los no inerciales, la vinculación de la masa del objeto con su velocidad, el principio de conservación de la cantidad de movimiento lineal, aplicando las leyes de Newton (con sus limitaciones de aplicación) y determinando el centro de masa para un sistema simple de dos cuerpos.

OBJETIVOS

indagaciones a diferentes interlocutores, mediante diversas técnicas y recursos, la

| OG.CN.8. Comunicar información científica, resultados y conclusiones de sus argumentación crítica y reflexiva y la justificación con pruebas y evidencias.

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Texto de Física \ 5,

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