Forces and Free-Body Diagrams · Fuerzas y Diagramas de Cuerpo Libre
| English | Español |
|---|---|
| force/fɔːs/ | fuerza |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | diagrama de cuerpo libre |
| newton/ˈnjuːtn/ | newton |
| weight/weɪt/ | peso |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | fuerza normal |
| tension/ˈtenʃn/ | tensión |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | fricción |
| net force/net fɔːs/ | fuerza neta |
Every push and pull, on one clean diagram
- A book on a table is doing nothing — yet several forces act on it at once.
- Gravity pulls down; the table pushes up; a hand might shove it sideways.
- To reason clearly, physicists strip away everything but the forces 力 on that one object.
- The result is a free-body diagram 受力图 — the single most useful sketch in mechanics.
Cada empuje y cada tracción, en un solo diagrama limpio
- Un libro sobre una mesa no parece hacer nada — sin embargo, varias fuerzas actúan sobre él simultáneamente.
- La gravedad tira hacia abajo; la mesa empuja hacia arriba; una mano podría empujarlo lateralmente.
- Para razonar con claridad, los físicos descartan todo excepto las fuerzas 力 sobre ese único objeto.
- El resultado es un diagrama de cuerpo libre 受力图 — el boceto más útil en mecánica.
What a force is
- A force is a push or a pull — a vector, measured in newtons 牛顿 ($\text{N}$).
- It has a size and a direction, so forces add like vectors, not plain numbers.
- A force always comes from an interaction between two objects.
- $1\ \text{N}$ is roughly the weight of a small apple.
Qué es una fuerza
- Una fuerza es un empuje o un tirón — un vector medido en newtons 牛顿 ($\text{N}$).
- Tiene una magnitud y una dirección, por lo que las fuerzas se suman como vectores, no como números simples.
- Una fuerza siempre proviene de una interacción entre dos objetos.
- $1\ \text{N}$ es aproximadamente el peso de una manzana pequeña.
What is the SI unit of force? · ¿Cuál es la unidad SI de fuerza?
Force is measured in newtons ($\text{N}$). Joules measure energy, watts power, pascals pressure. · La fuerza se mide en newtons ($\text{N}$). Los joules miden energía, los watts potencia, los pascales presión.
The usual suspects
- Weight 重量 $mg$ — gravity's pull, always straight down.
- Normal force 法向力 $N$ — a surface pushing perpendicular to itself.
- Tension 张力 $T$ — a pull along a rope or string.
- Friction 摩擦力 $f$ — a surface resisting sliding, parallel to the surface.
Los sospechosos habituales
- Peso 重量 $mg$ — la atracción gravitatoria, siempre hacia abajo.
- Fuerza normal 法向力 $N$ — una superficie que empuja perpendicularmente a sí misma.
- Tensión 张力 $T$ — un tirón a lo largo de una cuerda o hilo.
- Fricción 摩擦力 $f$ — una superficie que resiste el deslizamiento, paralela a la superficie.
Which force is always perpendicular to the surface an object rests on? · ¿Qué fuerza es siempre perpendicular a la superficie sobre la que descansa un objeto?
The · El normal force is defined as the surface's push perpendicular to itself. Friction runs parallel to the surface. · La fuerza normal se define como el empuje de la superficie perpendicular a sí misma. La fricción actúa paralela a la superficie.
Drawing a free-body diagram
- Shrink the object to a dot and draw every force as an arrow from that dot.
- Include only forces acting on the object — never forces it exerts on others.
- Point each arrow the right way; longer arrow = larger force.
- Then the net force 合力 is the vector sum of them all.
Cómo dibujar un diagrama de cuerpo libre
- Reduce el objeto a un punto y dibuja cada fuerza como una flecha desde ese punto.
- Incluye solo las fuerzas que actúan sobre el objeto — nunca las fuerzas que este ejerce sobre otros.
- Apunta cada flecha en la dirección correcta; una flecha más larga = mayor fuerza.
- Entonces, la fuerza neta 合力 es la suma vectorial de todas ellas.
Build a free-body diagram · Construir un diagrama de cuerpo libre
Change the applied force, friction and mass, and watch the force arrows and the net force respond. · Cambiar la fuerza aplicada, la fricción y la masa, y observar cómo responden las flechas de fuerza y la fuerza neta.
A free-body diagram should include the forces the object exerts on other objects. · Un diagrama de cuerpo libre debe incluir las fuerzas que el objeto ejerce sobre otros objetos.
A free-body diagram shows only the forces acting on the chosen object, never the forces it exerts on others. · Un diagrama de cuerpo libre muestra solo las fuerzas que actúan sobre el objeto seleccionado, nunca las fuerzas que este ejerce sobre otros.
A block is pushed along a rough table. Select all · todos forces that belong on its free-body diagram. · Un bloque es empujado sobre una mesa rugosa. Seleccione todas las fuerzas que pertenecen a su diagrama de cuerpo libre.
All four forces act on the block. The force the block exerts on the table acts on the table, so it is left out. · Las cuatro primeras fuerzas actúan sobre el bloque. La fuerza que el bloque ejerce sobre la mesa actúa sobre la mesa, por lo que se omite.
Adding the forces up
- Add forces component by component, just like any vectors.
- If they balance, the net force is zero and the object keeps constant velocity.
- If they don't, the leftover net force sets the acceleration (next lessons).
- Always ask: what is the net force, and which way does it point?
Sumando las fuerzas
- Suma las fuerzas componente por componente, igual que cualquier otro vector.
- Si se equilibran, la fuerza neta es cero y el objeto mantiene una velocidad constante.
- Si no se equilibran, la fuerza neta resultante determina la aceleración (en lecciones siguientes).
- Pregúntate siempre: ¿cuál es la fuerza neta y hacia dónde apunta?
A crate feels $10\ \text{N}$ right and $4\ \text{N}$ left. What is the net horizontal force, in $\text{N}$? · Una caja siente $10\ \text{N}$ hacia la derecha y $4\ \text{N}$ hacia la izquierda. ¿Cuál es la fuerza horizontal neta, en $\text{N}$?
Take right as positive: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ to the right. · Tome la derecha como positiva: $10 - 4 = 6\ \text{N}$ hacia la derecha.
The net force on an object is the ____ sum of all the forces acting on it. · La fuerza neta sobre un objeto es la suma ____ de todas las fuerzas que actúan sobre él.
Forces have direction, so they combine as a vector sum, not a plain arithmetic sum. · Las fuerzas tienen dirección, por lo que se combinan como una suma vectorial, no como una simple suma aritmética.
The normal force is not always equal to the weight. On a slope, or when something presses down or lifts up on the object, $N$ changes. Never assume $N = mg$ — work it out from the forces perpendicular to the surface.
La fuerza normal no es siempre igual al peso. En una pendiente, o cuando algo presiona hacia abajo o levanta al objeto, $N$ cambia. Nunca asumas que $N = mg$ — calcula su valor a partir de las fuerzas perpendiculares a la superficie.
A crate feels $F = 10\ \text{N}$ to the right and friction $f = 4\ \text{N}$ to the left.
- Horizontal net force $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, to the right.
- Vertically, $N$ and $mg$ balance, so the crate stays on the floor.
Una caja siente una fuerza $F = 10\ \text{N}$ hacia la derecha y fricción $f = 4\ \text{N}$ hacia la izquierda.
- Fuerza neta horizontal $= 10 - 4 = 6\ \text{N}$, hacia la derecha.
- Verticalmente, $N$ y $mg$ se equilibran, por lo que la caja permanece sobre el suelo.
A force (in newtons) is a push or pull from an interaction. A free-body diagram shows every force acting on one object as arrows from a dot. The net force is their vector sum — and the normal force is not always $mg$.
Una fuerza (en newtons) es un empuje o un tirón producto de una interacción. Un diagrama de cuerpo libre muestra todas las fuerzas que actúan sobre un objeto como flechas saliendo de un punto. La fuerza neta es su suma vectorial — y la fuerza normal no es siempre $mg$.