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Física (secundario)
Leyes de Newton: diagrama de cuerpo libre y rozamiento
En dinámica casi todos los errores empiezan antes de la primera cuenta: falta una fuerza en el dibujo, la normal se iguala al peso cuando no corresponde o el rozamiento apunta para el lado equivocado. Si el diagrama de cuerpo libre está bien, el resto es aplicar F = m · a. Por eso el diagrama es lo primero que practicamos.
El tema
Para arrancar
En clase practicamos primero el diagrama, sin números, hasta que puedas identificar todas las fuerzas en cualquier situación. Después pasamos a los cálculos: cuerpos empujados o arrastrados, con y sin rozamiento, planos inclinados y, si tu programa lo incluye, sistemas de dos cuerpos unidos por una soga. En todos los casos repetimos el mismo orden: dibujo, fuerzas por eje, F = m · a y control del resultado.
Conceptos clave
Lo que tenés que entender
Primera ley
Si la fuerza neta es cero, el cuerpo sigue en reposo o se mueve con velocidad constante.
Segunda ley
La fuerza neta es igual a la masa por la aceleración: F = m · a. La aceleración tiene la dirección de la fuerza neta.
Tercera ley
Si A empuja a B, B empuja a A con una fuerza igual y opuesta. Esas fuerzas actúan sobre cuerpos distintos.
Peso y normal
El peso es P = m · g. La normal es la fuerza de la superficie y en un plano horizontal sin otras fuerzas verticales vale lo mismo que el peso.
Rozamiento
Fr = μ · N. Se opone al movimiento o a la tendencia a moverse.
Plano inclinado
El peso se descompone en una parte paralela al plano, P · sen α, y una perpendicular, P · cos α, que equilibra a la normal.
Paso a paso
Un ejercicio como los de la prueba
Resuelto como lo hacemos en clase: primero la idea, después la cuenta.
Ejercicio resuelto
Una caja de 10 kg se empuja sobre el piso con una fuerza horizontal de 50 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Usando g = 9,8 m/s², calculá la aceleración.
- Peso: P = m · g = 10 · 9,8 = 98 N. Como no hay otras fuerzas verticales, N = 98 N.
- Rozamiento: Fr = μ · N = 0,2 · 98 = 19,6 N, opuesto al movimiento.
- Fuerza neta horizontal: 50 - 19,6 = 30,4 N.
- Aceleración: a = F / m = 30,4 / 10 = 3,04 m/s².
Resultado La caja acelera a 3,04 m/s².
Ojo con esto
Los errores típicos
- No dibujar el diagrama de cuerpo libre.
- Igualar siempre la normal al peso, incluso en un plano inclinado.
- Usar la masa en lugar del peso para calcular el rozamiento.
- Sumar el rozamiento a la fuerza aplicada en lugar de restarlo.
- Pensar que las fuerzas de acción y reacción se anulan entre sí.
En clase
Cómo lo trabajamos con Gabriela
Hacemos muchos diagramas de cuerpo libre hasta que identificar las fuerzas sea automático, y después vamos a los cálculos con dificultad creciente. El plano inclinado lo trabajamos con especial cuidado porque es el clásico de las pruebas.
¿Qué es la fuerza normal?
Es la fuerza que hace una superficie sobre un cuerpo apoyado, siempre perpendicular a la superficie. No siempre es igual al peso: en un plano inclinado vale P · cos α.
¿Masa y peso son lo mismo?
No. La masa se mide en kilogramos y no cambia de lugar en lugar. El peso es una fuerza, se mide en newtons y vale m · g.
¿Qué diferencia hay entre rozamiento estático y dinámico?
El estático actúa cuando el cuerpo todavía no se mueve y tiene un valor máximo. El dinámico actúa cuando ya se desliza y suele ser algo menor.
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