Constructor de diagrama de cuerpo libre · SimuladorConstruye y lee diagramas de fuerzas
Coloca un objeto sobre una superficie inclinada con fricción y una fuerza aplicada; todos los vectores de fuerza se dibujan en vivo con sus magnitudes rotuladas.
Publicado: 28 de mayo de 2026 · Actualizado: 2 de junio de 2026
Objetivo
Verifica la segunda ley de Newton sobre una superficie inclinada: observa cómo el peso, la fuerza normal, la fricción y una fuerza aplicada se combinan en una fuerza neta que determina la aceleración. La simulación modela un bloque rígido sobre una inclinación rígida con fricción de Coulomb: la dirección de la fricción sigue el movimiento del bloque y, cuando la fricción puede equilibrar las demás fuerzas a lo largo de la superficie, el bloque permanece estático (fuerza neta cero). Se ignoran los efectos rotacionales y se usa μk tanto para el límite estático como para el deslizamiento cinético.
Configuración
- Fija la Masa en 5 kg, el Ángulo de inclinación en 20°, el Coef. de fricción μk en 0,20 y la Fuerza aplicada en 0 N (los valores por defecto). Pulsa Iniciar y deja correr el diagrama unos segundos.
- Lee los seis valores del HUD. Peso (fgOut) debería mostrar ≈ 49,05 N; Fuerza normal (fNOut) ≈ 46,09 N; Fricción (ffOut) ≈ 9,22 N; Fuerza neta (fnetOut) ≈ 7,55 N; Aceleración (aOut) ≈ 1,51 m/s².
- Observa el gráfico de barras de la derecha: Fg es la barra más alta, |Fnet| la más corta. Confirma que la flecha de peso apunta recto hacia abajo y que la flecha de fuerza normal apunta perpendicular a la superficie.
- Reinicia. Fija el Ángulo de inclinación en 0° (superficie plana). Pulsa Iniciar y confirma que la Fuerza normal es igual al Peso: la razón FN/Fg debería ser exactamente 1,00.
- Reinicia de nuevo. Sube la Fuerza aplicada a 8 N con ángulo 20° y μk 0,20. La fuerza aplicada casi cancela el tirón cuesta abajo de 16,77 N y deja solo ≈ 8,78 N, menos que el límite de fricción (μk·FN ≈ 9,22 N), así que el bloque queda estático: la Fuerza neta marca 0 N, la Aceleración 0 m/s² y la flecha de fricción apunta cuesta arriba con ≈ 8,78 N.
Predicción analítica
Con masa m = 5 kg, inclinación θ = 20° y μk = 0,20 (sin fuerza aplicada), la segunda ley de Newton a lo largo de la superficie da:
El HUD debería mostrar Fuerza neta ≈ 7,55 N y Aceleración ≈ 1,51 m/s². En una superficie plana (θ = 0°), cos 0° = 1, así que FN = Fg exactamente.
Análisis de resultados
Tras pulsar Iniciar con los parámetros por defecto (m = 5 kg, θ = 20°, μk = 0,20, Fa = 0 N), lee los seis valores del HUD. Peso (fgOut) muestra 49,05 N; Fuerza normal (fNOut) ≈ 46,09 N; Fricción (ffOut) ≈ 9,22 N; Fuerza neta (fnetOut) ≈ 7,55 N; Aceleración (aOut) ≈ 1,51 m/s². El gráfico de barras muestra Fg como la barra más alta y |Fnet| como la más corta, confirmando la descomposición de la fricción y la fuerza normal. A θ = 0°, FN y Fg coinciden dentro del redondeo. Calcula la masa implícita a partir del HUD: fnetOut / aOut = 7,55 / 1,51 ≈ 5,00 kg; esto confirma que la segunda ley de Newton se satisface. Ajusta el deslizador de Fuerza aplicada y observa cómo la Fuerza neta se actualiza en tiempo real.
Fuente de error
Esta simulación modela el bloque como una masa puntual con fricción de Coulomb: la dirección de la fricción se resuelve a partir del movimiento (oponiéndose a la velocidad mientras desliza y equilibrando las demás fuerzas a lo largo de la superficie mientras está en reposo), y el bloque permanece estático siempre que |Fg∥ − Fa| ≤ μk·FN. Se usa un único coeficiente μk tanto para el límite estático como para el deslizamiento cinético, así que la transición gradual de estática a cinética y cualquier diferencia entre μs y μk no se modelan. Se ignoran la resistencia a la rodadura y la inercia rotacional, y la fuerza aplicada está restringida a actuar a lo largo de la superficie de la inclinación; las fuerzas oblicuas con una componente normal se omiten. Estas idealizaciones coinciden con la predicción analítica de forma exacta, así que cualquier diferencia residual entre la predicción y las lecturas del HUD es puramente numérica, no física.
Exploración adicional
- Fija el Coef. de fricción μk en 0 y barre el Ángulo de inclinación de 0° a 60°. ¿Crece la Fuerza neta con sin θ? Compara fnetOut a 30° y 60°: la razón debería ser sin 60°/sin 30° ≈ 1,73. ¿Lo es?
- Con θ = 20° y μk = 0,20, encuentra la Fuerza aplicada que detiene el bloque. El tirón cuesta abajo es Fg·sin θ ≈ 16,77 N y la fricción puede aportar como máximo μk·FN ≈ 9,22 N, así que cuando Fa alcanza unos 7,6 N el bloque queda estático y la Fuerza neta marca exactamente 0, y sigue estático hasta que Fa supera unos 26 N y empieza a empujar el bloque cuesta arriba.
- Duplica la masa de 5 kg a 10 kg manteniendo θ = 20° y μk = 0,20. ¿Cambia la Aceleración? Tanto Fg como Ff escalan con la masa, así que a = Fnet/m debería mantenerse constante; verifícalo con la lectura aOut.
- Fija el Ángulo de inclinación en 45° y aumenta μk de 0 a 0,8 en pasos de 0,2. ¿A qué coeficiente de fricción se acerca la Fuerza neta a cero? Nota que el umbral μk = tan 45° = 1,0 está fuera del rango del deslizador. ¿Qué te dice eso sobre esta superficie?
- Compara θ = 30° y θ = 60° con μk = 0,30 y Fa = 0. ¿Qué ángulo da mayor aceleración? ¿Son los resultados simétricos alrededor de 45°, y por qué sí o por qué no?