Diagramas de cuerpo libre – planos inclinados, ascensores y poleas
FísicaFuerzas y dinámicaEdades 15–16Laboratorio virtual
Cargando…
Inicia sesión para usar
Seis situaciones: un bloque en un plano inclinado con rozamiento (en reposo o deslizando hacia abajo), un bloque que sube deslizando por la rampa, una masa levantada con una cuerda, un bloque que flota, una persona sobre una báscula en un ascensor y dos bloques unidos por una polea. Arrastra las flechas de fuerza (peso, normal, rozamiento, tensión, empuje) sobre cada cuerpo, oriéntalas y pulsa Comprobar; si el diagrama es correcto, la simulación calcula cada fuerza y la aceleración con la segunda ley de Newton. En el ascensor la báscula marca N = m(g + a), cero en caída libre; en el sistema de referencia del ascensor se añade una fuerza de inercia −ma.
Lección: Diagramas de cuerpo libre y segunda ley de Newton
Qué muestra
Un diagrama de cuerpo libre muestra un solo cuerpo con todas las fuerzas que actúan sobre él, dibujadas desde su centro como en el modelo de partícula. Cada fuerza viene de algo que toca o tira del cuerpo: la Tierra (peso), una superficie (normal y rozamiento), una cuerda (tensión) o un fluido (empuje). La suma de las fuerzas da la resultante, y la segunda ley de Newton ΣF = ma da la aceleración. En un ascensor que acelera, la báscula marca N = m(g + a); en el sistema del propio ascensor, una fuerza de inercia −ma equilibra las fuerzas. El modelo usa g = 9,81 m/s², un único coeficiente μ y una cuerda y una polea ligeras.
Cómo usarla
Elige una Situación. Arrastra una fuerza desde la bandeja hasta el cuerpo y suéltala hacia donde apunta; arrastra la punta redonda para girarla, o devuélvela a la bandeja para quitarla. Pulsa Comprobar y sigue las pistas. Iniciar mueve los cuerpos. En el ascensor, ajusta Aceleración del ascensor a, pulsa Anotar lectura de la báscula y compara las opciones de Sistema de referencia. Mostrar la respuesta dibuja las fuerzas a escala.
Parámetros que puedes cambiar
- Situación Bloque en un plano inclinado rugoso, Bloque que sube por un plano inclinado, Masa levantada con una cuerda, Bloque que flota, Persona en una báscula en un ascensor, Dos bloques unidos por una polea
- Masa m (bloque A en la polea) 0,5–10 kg
- Masa del bloque B 0,1–10 kg
- Inclinación α 5–60 °
- Coeficiente de rozamiento μ 0–1
- Tensión de la cuerda T 0–60 N
- Densidad del bloque ρ 100–950 kg/m³
- Masa de la persona m 20–120 kg
- Aceleración del ascensor a (+ hacia arriba) -9,81–5 m/s²
- Sistema de referencia Suelo, Ascensor
- Ocultar la masa de la persona
- Mostrar la respuesta (fuerzas a escala)
Preguntas para explorar
- ¿Por qué el rozamiento apunta hacia abajo cuando un bloque sube deslizando por una rampa?
- ¿Qué marca una báscula en un ascensor cuyo cable se ha roto, y por qué?
- ¿Qué fuerza debes añadir al diagrama si describes a la persona desde dentro de un ascensor que acelera?
