▷ cuatro Ejemplos de Diagrama de Cuerpo Libre | dos mil veintitres
El diagrama de cuerpo libre, asimismo conocido como diagrama de fuerzas, es una representación gráfica utilizada en general por físicos e ingenieros para representar las fuerzas que se ejercitan en un determinado cuerpo.
¿Qué es el diagrama de cuerpo libre y para qué exactamente es útil?
Estos diagramas de cuerpo libre son una representación gráfica incorporada para representar las fuerzas de la física que se ejercitan sobre un cuerpo libre o masa sujeto a ciertas condiciones.
¿Para qué exactamente es útil el diagrama de cuerpo libre?, es útil en el campo de la ingeniería y el estudio de la física para determinar y detallar la repercusión que ejercitan fuerzas como el peso, la gravedad, la tensión, la fricción, entre otras muchas, al someter un cuerpo a determinadas condiciones.
Es muy utilizada en la ingeniería para calcular la repercusión de ciertas fuerzas sobre una infraestructura y eludir el colapso de exactamente las mismas, haciéndolas más resistentes.
¿De qué manera se realiza un diagrama de cuerpo libre?
Para realizar el diagrama de cuerpo libre en primer lugar es preciso realizar un bosquejo que represente gráficamente las fuerzas que se ejercitan sobre un cuerpo o masa.
Desde dicho bosquejo se efectúa en el plano cartesiano una representación gráfica de dichas fuerzas a través de vectores.
Cada vector o recta que se traza en el plano refleja la dirección y la magnitud de cada fuerza ejercida y solo se deben reflejar en el plano las fuerzas que bajo circunstancias reales se somete sobre un cuerpo, como de arrastre, gravitacionales, fricción u otras.
Para esto, se debe proponer un inconveniente a examinar, el que, bajo suposiciones simplificadas en la gráfica, se puede solucionar dicho inconveniente al observar y entender el nivel de afectación de las fuerzas ejercidas.
Para efectos del bosquejo del diagrama se puede emplear herramientas como Microsoft Office PowerPoint.
No obstante, para uso profesional donde se requiere especificar la magnitud de cada fuerza en el plano ingresando las mediadas precisas de cada vector, es conveniente emplear herramientas como GeoGebra.
1. Ejemplo de diagrama de cuerpo libre
Este es un caso fácil para representar un diagrama de cuerpo libre en el que en la sección (a) de la imagen, se observa una masa suspendida de una cuerda.
En la suspensión actúan dos fuerzas, una de ellas es la fuerza que ejercita el peso del cuerpo al centro de la tierra por los efectos de gravedad, la que se expresa en la sección (b) como Fg y la otra es la otra fuerza, la tensión en la cuerda ejercida cara arriba para eludir que la masa se caiga expresado como T3.
Para representarlo en el plano cartesiano solo hay que trazar las rectas en exactamente el mismo ángulo y dirección en el que cada fuerza de tensión es ejercida.
En el eje de las ordenadas se traza una recta de treinta y siete° para representar la tensión de la cuerda T1, en el eje de las abscisas se traza la recta de la cuerda T2 en un ángulo de 53° y la tercera cuerda se traza verticalmente cara abajo para representar la tensión de la cuerda T3 ejercida por el peso de la masa.
dos. Ejemplo de diagrama de cuerpo libre
Para poder representar las fuerzas ejercidas de un cuerpo, a veces es preciso virar el plano para poder representar apropiadamente las condiciones a las que se somete el cuerpo o masa.
En este caso en particular se plantea las fuerzas a las que se somete un cuerpo al estar bajo condiciones de una pendiente, como pudiese ser un carro al subir por una calle inclinada.
Tal y como se observa en la gráfica, la fuerza que ejercita el peso Fg cara el centro de la tierra tendrá siempre y en toda circunstancia exactamente la misma orientación recta y vertical, con independencia de las condiciones de inclinación a las que se someta el cuerpo.
En lo que se refiere a la fuerza natural FN, es la fuerza que la superficie ejercita sobre el cuerpo que se apoya sobre ella, ya sea un carro sobre una vía inclinada, tomando el carro la misma forma perpendicular de la superficie.
Asimismo en un caso así se da la fuerza de fricción Ffr, o de contacto, que se produce entre la superficie de la pendiente y del cuerpo, mas en contraste a la fuerza normal, esta va en sentido opuesto al movimiento y paralela a la superficie.
tres. Ejemplo de diagrama de cuerpo libre
Se puede destacar que para hacer una representación de un diagrama de cuerpo libre donde hay más de dos cuerpos es preciso hacer dos gráficas separadamente, para poder representar las fuerzas que se ejercitan sobre cada una.
Como se puede visualizar en la próxima imagen, dos cuerpos o vigas se hallan suspendidas por una polea, en el que conforme una baja la otra sube y a la inversa.
En todos y cada uno de ellos de los cuerpos o vigas suspendidas por la cuerda existen dos fuerzas que son la fuerza de tención y la fuerza del peso.
De igual forma, esa representación se ve reflejada en las rectas (a y b), en el que la fuerza de la tensión y del peso son ejercidas en dirección opuesta en el eje Y, siendo la fuerza de tensión representada como un vector positivo en el eje Y, y la fuerza del peso representada con un vector o recta con dirección negativa en exactamente el mismo eje Y.
cuatro. Ejemplo de diagrama de cuerpo libre
En el próximo diagrama se observa la representación gráfica de dos cuerpos sujetos a fuerzas diferentes ante situaciones muy afines. Para esto veamos la próxima gráfica:
Como se puede observar, el cuerpo (a) se halla sujeto a fuerzas de fricción y fuerzas normales al estar en contacto con una superficie, de igual forma se halla perjudicado por las fuerzas de tensión y del peso.
Sin embargo, esa situación no ocurre con el cuerpo (b) en el que solo intervienen dos fuerzas, la de tención y la fuerza del peso.
