Construir diagramas de fuerzas y aplicar las leyes de Newton y las condiciones de equilibrio.
Míralo en un dibujo
Bloque sobre superficie horizontal: peso y normal se equilibran verticalmente; una fuerza aplicada hacia la derecha supera al rozamiento hacia la izquierda. La resultante apunta a la derecha.
Antes de seguir: ¿Peso y normal son una pareja de acción-reacción?
Comprueba tu razonamiento
No. Actúan sobre el mismo cuerpo. Las parejas de la tercera ley actúan sobre cuerpos diferentes.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Vectores y proyecciones; Cinemática; Trigonometría.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Qué contiene un diagrama de cuerpo libre?
Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo elegido.
En un minuto
- Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo elegido.
- No: es el resultado de la suma de fuerzas en la segunda ley.
- La distancia perpendicular a la línea de acción.
- El régimen elástico lineal del muelle considerado.
Entiende la idea
El concepto
Una fuerza representa una interacción y se describe mediante un vector. El diagrama de cuerpo libre incluye únicamente las fuerzas que actúan sobre el objeto elegido, no las que ese objeto ejerce sobre otros. Peso, normal, tensión, rozamiento y fuerza elástica son ejemplos de interacciones reales; masa por aceleración no es una fuerza adicional que se dibuje junto a ellas.
La primera ley de Newton describe el movimiento sin fuerza neta en un sistema de referencia inercial. La segunda establece ΣF=ma para una partícula de masa constante. La tercera relaciona fuerzas de interacción de igual módulo y sentido opuesto que actúan sobre cuerpos distintos. Por eso no se cancelan dentro del diagrama de un único cuerpo.
Cómo utilizarlo sin errores
El peso próximo a la superficie es mg y apunta verticalmente hacia abajo. La normal es perpendicular al contacto y no siempre vale mg: otras fuerzas o aceleraciones pueden modificarla. Un muelle ideal ejerce una fuerza restauradora proporcional a su deformación dentro del régimen elástico considerado, F=−kx en una dimensión.
Para equilibrio de un cuerpo extenso no basta que la fuerza neta sea cero; también debe anularse el momento neto respecto a un punto. El módulo del momento de una fuerza es F por la distancia perpendicular de su línea de acción al eje. Un par de fuerzas opuestas puede tener fuerza neta cero y producir giro. En ejercicios estáticos se elige un punto que simplifique momentos, se fija un convenio de signos y se comprueban tanto traslación como rotación.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
ΣF=ma. Peso=mg. Muelle ideal: F=−kx. Momento: τ=F·brazo perpendicular. Equilibrio: ΣF=0 y Στ=0.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Un bloque de 2 kg sobre superficie horizontal sin rozamiento recibe una fuerza horizontal de 6 N. Usa g=9,8. Calcula a y N.
- En horizontal, ΣF_x=6=2a, luego a=3 m/s².
- En vertical no acelera: N−mg=0, por lo que N=19,6 N.
- La fuerza de 6 N no cambia la normal porque no tiene componente vertical en este modelo.
Ejemplo 2 · Una barra sin peso está apoyada en un pivote. Una fuerza de 60 N actúa hacia abajo a 2 m a la izquierda. ¿A qué distancia derecha debe actuar 100 N hacia abajo para equilibrar momentos?
- El momento izquierdo tiene módulo 60·2=120 N·m y un sentido de giro.
- El derecho debe tener módulo igual: 100d=120, por lo que d=1,2 m.
- Para equilibrio de fuerzas, el pivote debe ejercer 160 N hacia arriba. Igualar momentos no sustituye al balance de fuerzas.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Un muelle ideal de k=200 N/m se alarga 0,030 m. Calcula el módulo de su fuerza.
Primera ayuda
Usa F=k|x| en el régimen indicado.
Ver solución razonada
F=200·0,030=6,0 N, dirigida hacia la posición de equilibrio.
Práctica 2 · Un bloque está en reposo sobre una mesa. ¿Peso y normal forman un par de acción-reacción?
Primera ayuda
Comprueba sobre qué cuerpos actúan.
Ver solución razonada
No. Ambos actúan sobre el bloque. La reacción al peso es la atracción del bloque sobre la Tierra; la reacción a la normal es la fuerza del bloque sobre la mesa.
Práctica 3 · Dos fuerzas opuestas de 10 N tienen líneas de acción paralelas separadas 0,4 m. ¿Puede haber giro con fuerza neta cero?
Primera ayuda
Calcula el momento del par.
Ver solución razonada
Sí. El momento del par tiene módulo 10·0,4=4 N·m aunque la suma de fuerzas sea cero.
El error que debes evitar
No cancelar acción-reacción dentro de un solo cuerpo. No igualar normal y peso sin ecuación vertical. No usar la longitud inclinada en lugar del brazo perpendicular.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
Las fuerzas de acción y reacción actúan…
Solución y explicación
Respuesta: Sobre cuerpos diferentes. Son las dos caras de una interacción entre cuerpos.
La normal siempre vale mg…
Solución y explicación
Respuesta: No. Depende de las componentes de fuerzas y de la aceleración perpendicular.
Equilibrio de un cuerpo extenso requiere…
Solución y explicación
Respuesta: Fuerza neta y momento neto nulos. Deben evitarse aceleración traslacional y angular.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Qué contiene un diagrama de cuerpo libre?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo elegido.
Intenta responder antes de mirar.
¿ma es una fuerza extra?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No: es el resultado de la suma de fuerzas en la segunda ley.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué brazo entra en un momento?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
La distancia perpendicular a la línea de acción.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué limita la ley de Hooke sencilla?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
El régimen elástico lineal del muelle considerado.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Dibuja el diagrama de la barra del ejemplo e identifica por qué elegir el pivote como origen de momentos elimina el momento de la reacción del apoyo.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Dinámica
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.