[A311] DCL Cuerpo apoyado

Previamente ver:

[A310] Diagrama de cuerpo libre

Cuando un objeto descansa sobre una mesa, ésta ejerce una fuerza vertical hacia arriba sobre el objeto. La mesa se comprime ligeramente debajo del objeto y debido a su elasticidad empuja hacia arriba al objeto. 

La fuerza ejercida por la mesa es una fuerza de contacto y se denomina Normal.

Bauer (2011, p. 106)

La notebook está en equilibrio, no se ‘hunde’ en la mesa ni ‘flota’, por lo que el peso tiene que estar compensado con otra fuerza (de igual magnitud y dirección, y sentido contrario).

Observaciones

En el eje ‘x’ no hay fuerzas, por ende no hay aceleración, entonces no tendremos en cuenta este eje (no hay ninguna proyección de fuerzas). En el eje ‘y’ el cuerpo está en equilibrio, existen fuerzas pero el cuerpo está en reposo, no está acelerado (estaría mal decir que no está en movimiento, como ya analizaremos en otros casos). Por lo tanto podemos decir que se cumple la 1° Ley Newton (1°LN). 

Algunos autores consideran que la ecuación que se debe utilizar siempre es la correspondiente a la 2° ley, y si el objeto está acelerado en determinado eje entonces la ∑F en esa dirección será distinta de cero, mientras que si el objeto no está acelerado en ese eje (reposo o velocidad constante) la ∑F será igual a cero (Giancoli; 2008:96). 

No obstante en la página especializada HyperPhysics se pueden ver ejemplos donde se aplica la primera ley de Newton cuando el movimiento no es acelerado. Y en Sears; Zemansky (2009:137) se lee que es preciso usar la primera ley de Newton con cualquier problema que implique fuerzas que actúan sobre un cuerpo en equilibrio, es decir, que esté en reposo o en movimiento con velocidad constante. Por lo tanto en los ejemplos que tratemos usaremos cualquiera de los dos criterios (que tienen la misma formulación matemática). 

El primer convenio que hacemos es considerar positivas las F que tienen el mismo sentido que el movimiento, y cuando están en equilibrio es indistinto el que adoptemos. 

Planteo

Denominamos Peso = Fg
Podemos plantear la 1° Ley de Newton:

1° LN(y) → ∑Fy=0 → N-Peso=0 → N= Peso

Ejemplo

Libro apoyado sobre una mesa 

Cuando definimos Fuerza Normal vimos lo que pasa con un libro apoyado, pero ahora consideremos también la mesa y la Tierra. Los DCL de los 3 objetos serían:

Resnick (2001, p. 95)

• El peso del libro PL (rojo) y la normal NL son un par acción-reacción (por supuesto aplicadas en distintos cuerpos). 
• El conjunto ‘libro+mesa’ ejerce una fuerza sobre la tierra (PL+M color naranja) que tiene su par en la normal que la Tierra le aplica a la mesa NM. 

También se puede observar, como era previsible, que todos los cuerpos están en equilibrio. Los DCL que revisten interés para nuestros ejercicios son los del libro y de la mesa, mientras que el DCL de la Tierra solo nos permite verificar el procedimiento.

Resumen ejemplos DCL sin fuerzas de rozamiento

Luego puede ver los siguientes ejemplos (sin fuerzas de rozamiento):

[A311] DCL Cuerpo apoyado

[A312] DCL Cuerpo colgado en reposo

[A313] DCL Cuerpo colgado en movimiento

[A314] DCL Fuerza oblicua sobre cuerpo

[A315] DCL Cuerpo que arrastra a otro cuerpo

[A316] DCL Cuerpo que empuja a otro cuerpo

[A317] DCL Elevador con contrapeso o Máquina de Atwoot

[A318] DCL Cuerpo deslizándose en plano inclinado

[A319] DCL Dos bloques conectados por una cuerda

[A320] DCL Peso aparente dentro de un ascensor

Resumen ejemplos DCL con fuerzas de rozamiento

Luego puede ver los siguientes ejemplos (con fuerzas de rozamiento):

[A321] DCL Fuerza oblicua sobre cuerpo (con roz.)

[A322] DCL Cuerpo que arrastra a otro cuerpo (con roz.)

[A323] DCL Cuerpo apoyado sobre otro en movimiento (con roz.)

[A324] DCL Cuerpo deslizándose en plano inclinado (con roz.)

[A325] DCL Dos bloques conectados por una cuerda (con roz.)

[A326] DCL Cuerpo en caída libre (con roz.)

Fuentes:

Bauer; Westfall (2011). Física para ingeniería y ciencias Vol 1. Ed. Mc Graw Hill. México.
Giancoli (2008). Física para Ciencias e Ingeniería Vol 1. Pearson Educación. México.
Resnick; Halliday; Krane (2011). Física Vol. 1. 5ª Edición. Grupo Editorial Patria. México.
Sears; Zemansky (2009). Física Universitaria Vol 1. 12° Ed. Pearson Educación. México.