Diagramas de fuerzas

Técnicas de aislamiento de cuerpos y diagramas de cuerpo libre para el análisis dinámico.

Idea general del tema

Un diagrama de fuerzas es la traducción gráfica de un problema de dinámica: sobre un cuerpo aislado se dibujan solo las fuerzas reales que actúan sobre él, cada una con su dirección, su sentido y el agente que la produce.

Este tema enseña tres pasos encadenados: reconocer qué fuerzas hay, dibujar el cuerpo libre sin duplicar efectos ni incluir fuerzas que actúan sobre otros cuerpos, y descomponer cada vector en componentes para escribir las ecuaciones de la segunda ley.

Qué se comprende al terminar

Al terminar, el alumno debe ser capaz de decidir qué fuerzas aparecen en una situación a partir de los contactos y de las interacciones a distancia, dibujar un cuerpo libre correcto y elegir ejes que simplifiquen la descomposición.

Asimismo, debe poder comprobar el diagrama con el sentido de la aceleración esperada antes de calcular nada.

Ruta didáctica recomendada

1. Identificación de Fuerzas: recorre contactos e interacciones a distancia para listar las fuerzas reales de cada situación y descartar las que no lo son.
2. Diagramas Cuerpo Libre: construye el diagrama de cuerpo libre: sistema aislado, fuerzas sobre él y ejes elegidos con criterio.
3. Descomposición Vectorial: descompone fuerzas oblicuas en componentes y prepara las ecuaciones por ejes.

Criterio físico esencial

El criterio esencial es que en el diagrama solo hay fuerzas que otros cuerpos ejercen sobre el cuerpo estudiado. Si una fuerza no tiene un agente identificable, o es una fuerza que el cuerpo ejerce sobre otro, no va en su diagrama; y la aceleración, que no es una fuerza, tampoco.

Conexión con problemas reales

• planos inclinados y poleas.
• cuerpos apoyados, colgados o empujados.
• estructuras y apoyos.
• cualquier problema que acabe en una ecuación de Newton.

Objetivo final del tema

El objetivo final es construir sin errores el diagrama de cuerpo libre de cualquier situación y descomponerlo en las ecuaciones que resuelven el movimiento.