Forces and Free-Body Diagrams · Fuerzas y Diagramas de Cuerpo Libre
| English | Español |
|---|---|
| force/fɔːs/ | fuerza |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | fuerzas de contacto |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | fuerzas de campo |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagrama de cuerpo libre |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | componentes |
| net force/net fɔːs/ | fuerza neta |
The forces you cannot see
- A book lies still on a table -- so nothing is happening, right?
- Wrong: gravity pulls it down and the table pushes it up, in perfect balance.
- Every object is a tug-of-war of hidden forces.
- To solve any mechanics problem, you first have to draw those forces.
Las fuerzas que no puedes ver
- Un libro descansa inmóvil sobre una mesa -- ¿entonces nada está pasando, verdad?
- Incorrecto: la gravedad lo atrae hacia abajo y la mesa lo empuja hacia arriba, en perfecto equilibrio.
- Todo objeto es una lucha por el control de fuerzas ocultas.
- Para resolver cualquier problema de mecánica, primero debes dibujar esas fuerzas.
What a force is
- A force 力 is a push or a pull one object exerts on another, measured in newtons.
- Contact forces 接触力 need touching -- the normal force, friction, tension.
- Field forces 场力 act at a distance -- gravity is the everyday one.
Qué es una fuerza
- Una fuerza 力 es un empuje o una tracción que un objeto ejerce sobre otro, medida en newtons.
- Las fuerzas de contacto 接触力 necesitan tocar -- la fuerza normal, la fricción, la tensión.
- Las fuerzas de campo 场力 actúan a distancia -- la gravedad es la más cotidiana.
Which of these is a field · campo force (acts without contact)? · ¿Cuál de estas es una fuerza de campo (actúa sin contacto)?
Gravity is a field force acting at a distance; friction, normal, and tension all require contact. · La gravedad es una fuerza de campo que actúa a distancia; la fricción, la normal y la tensión requieren contacto.
Select all · todos contact forces. · Selecciona todas las fuerzas de contacto.
Normal, friction, and tension all need contact; gravity is a field force. · La normal, la fricción y la tensión requieren contacto; la gravedad es una fuerza de campo.
Draw a free-body diagram
- A free-body diagram 受力图 shows the object as a single dot.
- Every force on it becomes an arrow, pointing the right way, labeled.
- Draw only the forces acting on the object -- never the forces it exerts on other things.
Dibuja un diagrama de cuerpo libre
- Un diagrama de cuerpo libre 受力图 muestra el objeto como un único punto.
- Cada fuerza sobre él se convierte en una flecha, apuntando en la dirección correcta y etiquetada.
- Dibuja solo las fuerzas que actúan sobre el objeto -- nunca las fuerzas que este ejerce sobre otras cosas.
Build a free-body diagram · Construye un diagrama de cuerpo libre
Add each force as an arrow and read off the net force and resulting acceleration. · Añade cada fuerza como una flecha y determina la fuerza neta y la aceleración resultante.
The force an object exerts on your hand belongs on that object's free-body diagram. · La fuerza que un objeto ejerce sobre tu mano debe aparecer en el diagrama de cuerpo libre de ese objeto.
A free-body diagram shows forces on the object. The force it pushes back on your hand goes on your hand's diagram. · Un diagrama de cuerpo libre muestra las fuerzas sobre el objeto. La fuerza que este ejerce de vuelta sobre tu mano va en el diagrama de tu mano.
Resolve into components
- Forces rarely line up with your axes, so split each into components 分量.
- On a ramp, tilt the axes along and across the slope.
- Gravity then splits into $mg\sin\theta$ down the slope and $mg\cos\theta$ into it.
Resuelve en componentes
- Las fuerzas rara vez se alinean con tus ejes, así que divide cada una en componentes 分量.
- En una rampa, inclina los ejes a lo largo y perpendicularmente a la pendiente.
- La gravedad entonces se divide en $mg\sin\theta$ hacia abajo por la pendiente y $mg\cos\theta$ hacia adentro de ella.
On a ramp of angle $\theta$, the component of gravity along the slope is $mg\,____\,\theta$. · En un plano inclinado de ángulo $\theta$, la componente de la gravedad paralela a la pendiente es $mg\,____\,\theta$.
The along-slope pull is $mg\sin\theta$; the into-slope part is $mg\cos\theta$. · El empuje paralelo al plano es $mg\sin\theta$; la componente perpendicular al plano es $mg\cos\theta$.
Add them to a net force
- The net force 合力 is the vector sum of every arrow.
- Add components axis by axis: $\sum F_x$ and $\sum F_y$ separately.
- That net force is what $\sum F = ma$ then turns into acceleration.
Agrégalos a una fuerza neta
- La fuerza neta 合力 es la suma vectorial de todas las flechas.
- Suma las componentes eje por eje: $\sum F_x$ y $\sum F_y$ por separado.
- Esa fuerza neta es lo que $\sum F = ma$ luego convierte en aceleración.
Forces on a box (rightward positive):$+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. What is the net horizontal force (in N)? · Fuerzas sobre una caja (hacia la derecha positivo): $+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. ¿Cuál es la fuerza horizontal neta (en N)?
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ to the right -- just add the components with their signs. · $15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ hacia la derecha: simplemente suma las componentes con sus signos.
If every force on an object cancels, its net force is zero. · Si todas las fuerzas sobre un objeto se cancelan, su fuerza neta es cero.
Balanced forces sum to zero, so there is no net force and no acceleration. · Las fuerzas equilibradas suman cero, por lo que no hay fuerza neta ni aceleración.
A $2\ \text{kg}$ box on the floor is pushed right with $12\ \text{N}$; friction resists with $4\ \text{N}$.
- Horizontal net force: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ to the right.
- Vertical: the normal force and gravity cancel, so $\sum F_y = 0$.
Una caja de $2\ \text{kg}$ sobre el suelo es empujada hacia la derecha con $12\ \text{N}$; la fricción resiste con $4\ \text{N}$.
- Fuerza neta horizontal: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ hacia la derecha.
- Vertical: la fuerza normal y la gravedad se cancelan, así que $\sum F_y = 0$.
A free-body diagram shows forces on the object only. The force the box pushes back on your hand belongs on your hand's diagram, not the box's -- mixing them up is the most common mistake in all of mechanics.
Un diagrama de cuerpo libre muestra fuerzas sobre el objeto únicamente. La fuerza con la que la caja empuja hacia atrás tu mano pertenece al diagrama de tu mano, no al de la caja -- confundirlas es el error más común en toda la mecánica.
A free-body diagram draws every force on an object as a labeled arrow. Split them into components along your axes, then add to get the net force ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Only forces on the object appear -- that net force drives its acceleration.
Un diagrama de cuerpo libre dibuja cada fuerza sobre un objeto como una flecha etiquetada. Divídelas en componentes a lo largo de tus ejes, luego agrégalas para obtener la fuerza neta ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Solo las fuerzas sobre el objeto aparecen -- esa fuerza neta impulsa su aceleración.