DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Un diagrama de cuerpo libre es una representación gráfica utilizada para analizar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo libre. 
El diagrama de cuerpo libre es un elemental caso particular de un diagrama de fuerzas. Estos diagramas son una herramienta para descubrir las fuerzas desconocidas que aparecen en las ecuaciones del movimiento del cuerpo. El diagrama facilita la identificación de las fuerzas y momentos que deben tenerse en cuenta para la resolución del problema. También se emplean para el análisis de las fuerzas internas que actúan en estructuras.

Todos las fuerzas externas se representan mediante vectores etiquetados de forma adecuada. Las flechas indican la dirección y magnitud de las fuerzas y, en la medida de lo posible, deberían situarse en el punto en que se aplican.

Solo se deben incluir las fuerzas que actúan sobre el objeto, ya sean de rozamiento, gravitatorias, normales, de arrastre o de contacto. Cuando se trabaja con un sistema de referencia no inercial, es apropiado incluir fuerzas ficticias como la centrífuga.

El diagrama de cuerpo libre refleja todas las suposiciones y simplificaciones que se han hecho para analizar el problema.


EJEMPLO:


El diagrama de cuerpo libre del bloque sobre el plano inclinado es una aplicación sencilla de estos principios:
Todos los soportes y estructuras se han sustituido por las fuerzas que ejercen sobre el bloque:

• mg: peso del bloque.
• N: Fuerza normal del plano sobre el bloque.
• F_f: fuerza de rozamiento entre el bloque y el plano.

Los vectores muestran la dirección y el punto de aplicación.

Se acompaña del sistema de referencia que se ha usado para describir los vectores.

EJEMPLOS DE DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE 

PROBLEMAS

CAÍDA LIBRE Y TIRO VERTICAL

CAÍDA LIBRE

En estos movimientos el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde al eje vertical (eje "Y")

TIPS PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE CAIDA LIBRE: 1.-Un objeto se deja caer......... Vo=0 2.-Se lanza...................... Vo diferente a 0 PROBLEMA: *Se deja caer una pelota desde la parte alta de un edificion, si tarda 3s en llegar al piso ¿Cuál es la altura del edificio? ¿Con qué velocidad se impacta contra el piso? h=  ?                           Vf= vO +gt t= 3s                           Vf= 0 + (9.81 m/s2)(3s) Vf= ?                          Vf=29.43 m/s Vo= 0m/s g=-9.81 m/s2                 h=vo*t + 1/2 gt2                                                h=1/2 (9.81m/s2)(3s)2                                                h=44.14 m     TIRO VERTICAL Al igual que caida libre es un movimiento uniformemente acelerado. Diferencia: Forma ascendente y descendente. Vo diferente a 0          sube:+           baja: - Al igual que la caida libre es un movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad, sólo que ahora la aceleración se opone al movimiento inicial del objeto. El tiro vertical comprende subida, bajada de los cuerpos u objetos considerando lo siguiente: a)Nunca la velocidad inicial es igual a 0. b)Cuando el objeto  alcanza su altura máxima, su velocidad en este punto es 0. Mientras que el objeto se encuentra se subida el signo de la V es positivo; la V es 0 a su altura máxima cuando comienza a descender su velocidad será negativa c)Si el objeto tarda por ejemplo 2s en alcanzar su altura máxima tardará 2s en regresar a la posición original, por lo tanto el tiempo que permaneció en el aire el objeto es de 4s. d)Para la misma posición del lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada. Fórmulas: Vf= Vo-gt Vf2= Vo2 - 2gh h= Vo * t - 1/2 at2 PROBLEMAS: *Se lanza verticalmente hacia arriba una pelota con una velocidad inicial de 30 m/s,calcula: a)Tiempo que tarda en alcanzar su altura max. b)Altura max. c) Posición y velocidad de la pelota a los 2s de haberse lanzado d)V y posición de la pelota a los 5s de haber sido lanzado e)tiempo que la pelota estuvo en el aire. Vo= 30m/s              t= Vf - Vo / g t=  ?                         t= 0m/s - 30m/s / 9.81 m/s2 h= ?                         a) t= 3.058 s Vf= 0 m/s                b)h= Vf2 - Vo2 / -2g g=-9.81m/s 2            h= 0m/s - 900 m/s / -(2)(9.81 m/s2)                                     h= 45.87 m                                   Vf= Vo -gt                                   Vf= 30m/s - 9.81 m/s2 * 2s                                c)   Vf= 0.38 m/s          h= 40.38m                                           Vf= 30m,/s - 9.81 m/s2 * 5s                                d) Vf= -19.05 m/s         h=27.37 m                                 t= 3.05 s * 2                                 e) t= 6.10 s

Es un movimiento uniformemente acelerado y la aceleración qu actúa sobre los cuerpos es la de gravedad representada por la letra g.

Sus valores son.

g=9.81 m/s2    SI.                  g=981 cm/s2

g=32.16 ft/s2    S. Inglés.

Lo que diferencia a la caida libre del tiro vertical es que el segundo co,prende subida y bajada, mientras que la caida libre unicamente contempla la bajada de los cuerpos.

FÓRMULAS DE CAIDA LIBRE:

Vf= Vo +gt

Vf2= Vo2 +2gh

h= Vo t + g t2 /2

PROBLEMAS DE ACELERACION

PROBLEMAS DE VECTORES

MAGNITUDES ESCALARES,VECTORIALES Y TENSORIALES

Una magnitud física es una propiedad o cualidad de un objeto o sistema físico a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición cuantitativa. Seguramente entre las primeras magnitudes definidas resultan la longitud de un segmento y la superficie de un cuadrado. Las magnitudes físicas se cuantifican usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón.


Existen magnitudes básicas y derivadas, y constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración, y la energía. En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida.


TIPOS DE MAGNITUDES


Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios:


1) Según su forma matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales o tensoriales.
2) Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas.


MAGNITUDES ESCALARES,VECTORIALES Y TENSORIALES


1) Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y las unidades utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más simple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo, pero que carecen de dirección y sentido.


2) Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o módulo), una dirección y un sentido. En un espacio euclidiano, de no más de tres dimensiones, un vector se representa mediante un segmento orientado. Son: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico, intensidad luminosa, etc.


3) Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación.


UNIDADES BASICAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL
Las siete que toma como fundamentales, de las que derivan todas las demás. Son longitud, tiempo, masa, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia e intensidad luminosa.
Una vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar como combinación de las primeras.


Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes: superficie, volumen, velocidad, aceleración, densidad, frecuencia, periodo, fuerza, presión, trabajo, calor, energía, potencia, carga eléctrica, diferencia de potencial, potencial eléctrico, resistencia eléctrica, etcétera.

Magnitud Vectorial
Magnituds escalar

Magnitud tensorial

COMO SE REPRESENTA UN VECTOR

Un vector es una herramienta para representar una magnitud física del cual depende únicamente un módulo (o longitud) y una dirección (u orientación) para quedar definido.

Los vectores se pueden representar geométricamente como segmentos de recta dirigidos o flechas en planos  R2 o R3; es decir, bidimensional o tridimensional.

Se representa como un segmento orientado, con una dirección, dibujado de forma similar a una "flecha". Su 

longitud representa el módulo del vector y la "punta de flecha" indica su dirección.

COMPONENTES DE UN VECTOR

Un vector en el espacio se puede expresar como una combinación lineal de tres vectores unitarios o versores perpendiculares entre sí que constituyen una base vectorial.

 Las componentes del vector en una base vectorial predeterminada pueden escribirse entre paréntesis y separadas con comas:

a= (ax,ay,az)

SUMA DE VECTORES

Para sumar dos vectores libres (vector y vector) se escogen como representantes dos vectores tales que el extremo final de uno coincida con el extremo origen del otro vector.

SUMA DE VECTORES MATEMÁTICA Para realizar la suma matemática de vectores, lo único que tenemos que hacer es sumar las respectivas componentes de los vectores sumandos, obteniendo así, el vector suma. Veamos un ejemplo:

(3, 2, -5) + (2,1,3) = (3+2, 2+1, -5+3) = (5, 3, -2)

 SUMA GRÁFICA de VECTORES

Para realizar la suma gráfica de dos vectores, utilizamos el "método del paralelogramo". Para ello, trazamos en el extremo del vector A, una paralela al vector B y viceversa. Ambas paralelas y los dos vectores, determinan un paralelogramo. La diagonal del paralelogramo, que contiene al punto origen de ambos vectores, determina el vector SUMA.

Si tenemos que sumar varios vectores, podemos aplicar el método anterior, sumando primero dos y a la suma, añadirle un tercero y así sucesivamente. 

BIBLIOGRAFIA:

Fundamentos de física
Autor: Frank J. Blatt
3era edición
Editorial: Pearson Educacion
Pag: 8,9 y 10


Física Conceptos y Aplicaciones
Autor: Paul E. Tippens
7 edición
Editorial : Mc Graw Hill
Pag: 45-49

NOTA: MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS

PREFIJO           SIMBOLO                       MULTIPLICADOR                                EJEMPLO

Yotta                        Y          1,000,000,000,000,000,000,000 = 10^{24                        1 yottametro (Ym)}

Zetta                         Z           1,000,000,000,000,000,000,000 =10²¹                        1 zettametro (Zm)             

Exa                           E                  1,000,000,000,000,000,000 = 10¹⁸                       1exametro (Em)                 

Peta                          P                    1,000,000,000,000,000  =  10^{15                            1 petametro (Pm)}     

Tera                          T                           1,000,000,000,000 = 10^{12                      1 terametro (Tm)}

Giga                          G                                 1,000,000,000 = 10^{9                        1 gigametro (Gm)}

Mega                        M                                       1,000,000 = 10^{6                         1 megametro (Mm)}

kilo                           k                                               1,000 = 10^{3                          1 kilómetro (km)}

Hecto                        H                                                  1,00 = 10^{2                        1 hectometro (Hm)}  

Deca                         D                                                    10 = 10^{1                         1 decametro (Dm)}

deci                          d                                                    0.1 = 10^{−1                       1 decimetro (dm)}  

centi                          c                                                 0.01 = 10^{−2                         1 centímetro (cm)}

mili                           m                                               0.001 = 10^{−3                         1 milímetro (mm)}

micro                        µ                                         0.000,001 = 10^{−6                         1 micrómetro} (µm)

nano                         n                                  0.000,000,001 = 10^{−9                          1 nanometro (nm)}

---                            Å                              0.000,000,000,1 =  10-¹⁰                 1 angstrom (Å)

pico                          p                           0.000,000,000,001 = 10^{−12                       1 picometro (pm)}

^{femto                       f                     0.000,000,000,000,001 =} 10^{−15                         1 femtometro (fm)}

atto                                    a                           0.000,000,000,000,000,001 =10⁻¹⁸                         1 attometro (am)

^{zepto                                  z                            0.000,000,000,000,000,000,001 =} 10⁻²¹                        1 zeptometro (zm)

yocto                                 y                     ^{0.000,000,000,000,000,000,000,001 =} 10⁻²⁴                        1 yoctometro (ym)

<sup>Todos los prefijos mencionados son utilizados en todas las unidades basicas del

 Sistema Internacional de unidades.


BIBLIOGRAFIA:

Fundamentos de fisica
Autor: Frank J. Blatt
3ra edicion
Editorial: Pearson Educacion
Pag: 1-7</sup>








 

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL KELVIN

Submúltiplos                                                                                                                 Múltiplos

Valor      Símbolo        Nombre                                                      Valor     Símbolo         Nombre   

10^–1 s               dK                  decikelvin                                                                10¹ s                daK                Decakelvin

10^–2 s               cK                  centikelvin                                                               10² s                hK                  Hectokelvin

10^–3 s               mK                 millikelvin                                                                10³ s                 kK                  Kilokelvin

10^–6 s               µK                   microkelvin                                                            10⁶ s                MK                  Megakelvin

10^–9 s                nK                  nanokelvin                                                              10⁹ s                GK                  Gigakelvin

10^–12 s              pK                  picokelvin                                                               10¹² s               TK                   Terakelvin

10^–15 s              fK                   femtokelvin                                                             10¹⁵ s               PK                   Petakelvin

10^–18 s              aK                  attokelvin                                                                 10¹⁸ s               EK                  Exakelvin

10^–21 s              zK                  zeptokelvin                                                              10²¹ s              ZK                   Zettakelvin

10^–24 s              yK                   yoctokelvin                                                              10²⁴ s               YK                  Yottakelvin

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL AMPERIO

Submúltiplos                                                                                                                 Múltiplos

Valor      Símbolo        Nombre                                                      Valor     Símbolo         Nombre   

10^–1 s               dA                  deciamperio                                                               10¹ s                das                Decaamperio

10^–2 s               cA                  centiamperio                                                              10² s                hs                  Hectoamperio

10^–3 s               mA                 milliamperio                                                              10³ s                 ks                  Kiloamperio

10^–6 s               µA                   microamperio                                                           10⁶ s                Ms                  Megaamperio

10^–9 s                nA                  nanoamperio                                                            10⁹ s                Gs                  Gigaamperio

10^–12 s              pA                  picoamperio                                                              10¹² s               Ts                 Teraamperio

10^–15 s              fA                   femtoamperio                                                            10¹⁵ s               Ps                 Petaamperio

10^–18 s              aA                  attoamperio                                                               10¹⁸ s               Es                  Exaamperio

10^–21 s              zA                   zeptoamperio                                                            10²¹ s              Zs                   Zettaamperio

10^–24 s              yA                   yoctoamperio                                                            10²⁴ s               Ys                  Yottaamperio