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Tema 4: Diagramas de cuerpo libre y leyes de Newton

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Respuesta rápida

Fuerza: interacción que cambia velocidad o forma de un objeto; se mide en newtons. 2) Porque permite predecir el movimiento, aplicar las leyes de Newton y diseñar con seguridad.

fisica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 52

Fisica 3° · 2024

Ejercicio 1

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

En física, una fuerza es toda interacción que puede cambiar el estado de movimiento (velocidad) o la forma de un cuerpo; se mide en newtons (N) y se representa con un vector.
En la vida diaria experimentamos fuerzas cuando empujamos una puerta, jalamos una mochila, sostenemos un vaso o frenamos una bicicleta: en todos los casos aplicamos o sentimos un "esfuerzo" que produce un cambio.
También hay fuerzas que no vemos directamente, como el peso (que tira de los objetos hacia el centro de la Tierra) o la tensión de una cuerda, tal como se ilustran en el diagrama del espacio con $T$ , $N$ , $m_1g$ y $m_2g$ .

Respuesta

Fuerza es la interacción que, aplicada sobre un objeto, modifica su velocidad o su forma; cotidianamente aparece al empujar, jalar, sostener o frenar, y su unidad es el newton ( $N$ ).

Ejercicio 2

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

Identificar todas las fuerzas permite predecir qué hará el objeto: si se moverá, con qué aceleración y en qué dirección.
Sin ese análisis no podríamos construir un diagrama de cuerpo libre, herramienta que exige el criterio CE.CN.F.5.4 para resolver problemas con las leyes de Newton.
Comprender las fuerzas también es clave para la seguridad y la tecnología: diseñar frenos, estructuras resistentes o sistemas de poleas exige saber qué fuerzas soporta cada parte.

Nota sobre el diagrama: la página muestra un "diagrama del espacio" con una masa $m_1$ sobre un plano inclinado de ángulo $\theta$ , con normal $N$ , tensión $T$ en la cuerda que pasa por una polea y peso $m_1g$ , y una masa $m_2$ suspendida con tensión $T$ y peso $m_2g$ ; se usará como punto de partida de los ejercicios del tema.

Respuesta

Entender las fuerzas permite predecir y controlar el movimiento de los cuerpos, resolver problemas con las leyes de Newton y diseñar con seguridad objetos y sistemas del mundo real.

Contenido de la página

TEMA 4: Diagramas de cuerpo libre y leyes de Newton

Diagrama del espacio

Diagrama del espacio: una masa $m_1$ sobre un plano inclinado de ángulo $\theta$ , con fuerza normal $N$ , tensión $T$ en la cuerda que pasa por una polea y peso $m_1g$ ; una masa $m_2$ colgante con tensión $T$ y peso $m_2g$ .

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?

Ejemplos resueltos

Identifica las fuerzas que actúan sobre las masas del diagrama del espacio de la página.

Sobre $m_1$ (en el plano inclinado): peso $m_1g$ hacia abajo, normal $N$ perpendicular al plano, tensión $T$ a lo largo de la cuerda y, si hay fricción, una fuerza de roce opuesta al deslizamiento. 2. Sobre $m_2$ (suspendida): peso $m_2g$ hacia abajo y tensión $T$ hacia arriba. 3. La cuerda y la polea (sin masa y sin fricción) transmiten la misma tensión $T$ a ambos cuerpos.

Tabla

Elemento	Criterio / Objetivo
Criterio de evaluación	CE.CN.F.5.4: diagramas de cuerpo libre, sistemas inerciales y no inerciales, conservación de la cantidad de movimiento, leyes de Newton y centro de masa de dos cuerpos
Objetivo	OG.CN.8: comunicar información científica con argumentación crítica y justificación con pruebas y evidencias

Diagrama

graph TD
    A[m1 sobre plano inclinado] -->|N perpendicular al plano| N[N]
    A -->|T en la cuerda| T1[T]
    A -->|peso hacia abajo| P1[m1 g]
    B[m2 suspendida] -->|T en la cuerda| T2[T]
    B -->|peso hacia abajo| P2[m2 g]
    T1 --> Pul[polea]
    T2 --> Pul

Fórmulas y ecuaciones

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

P = m $\$ , g

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

$\sum$ $\vec{F}$ = 0 $\text{ (equilibrio)}$

$m_1$ $g,\$ ; $m_2$ $g,\$ ; $N,\$ ; T

Glosario (6)

Fuerza: Interacción que, al aplicarse sobre un cuerpo, modifica su velocidad o su forma; se mide en newtons (N).
Diagrama de cuerpo libre: Representación de un objeto aislado de su entorno donde se dibujan únicamente las fuerzas que actúan sobre él.
Sistema inercial: Referencial en el que un cuerpo aislado mantiene su reposo o movimiento rectilíneo uniforme; los enunciados de Newton se cumplen en él.
Tensión: Fuerza de tracción transmitida por una cuerda, cordel o cable sometido a estiramiento.
Normal: Fuerza de contacto que ejerce una superficie sobre un cuerpo, dirigida perpendicularmente a ella.
Centro de masa: Punto que se comporta como si toda la masa de un sistema estuviera concentrada en él al describir el movimiento traslacional.

Preguntas para practicar

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

Es la interacción que modifica la velocidad o la forma de un objeto; cotidianamente la experimentamos al empujar, jalar o frenar, y se mide en newtons (N).

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

Porque permite predecir y controlar el movimiento de los cuerpos, aplicar correctamente las leyes de Newton mediante diagramas de cuerpo libre y diseñar con seguridad objetos y estructuras.

Temas y conceptos clave

Diagramas de cuerpo libreLey de NewtonSistemas inerciales y no inercialesCantidad de movimiento linealCentro de masafuerzadiagrama de cuerpo librediagrama del espaciotensiónnormalpesomasasistemas inerciales

Fuentes y referencias

https://n9.cl/knfdj

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Preguntas que la gente también hace

¿Qué es un diagrama de cuerpo libre y para qué sirve?

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¿Qué dice la primera ley de Newton sobre los sistemas inerciales?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Por qué es importante identificar todas las fuerzas que actúan sobre un objeto?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Vectores y descomposición de fuerzas
• Segunda ley de Newton: $F = ma$
• Conceptos de peso, normal y tensión
• Plano inclinado y trigonometría básica

Siguiente tema sugerido

Anatomía de un diagrama de cuerpo libre y aplicación de las tres leyes de Newton a sistemas de dos cuerpos con polea.

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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.

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 \ 5,

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