Página 55 - Libro de Física de Tercero de Bachillerato

1. Análisis de la situación

El bus acelera horizontalmente. Se estudian dos cuerpos:

• Mochila: está sobre el asiento, en reposo respecto al bus.
• Colgante: va suspendido del techo; la cuerda está inclinada hacia atrás porque el bus acelera hacia adelante.

Como se pide considerar un sistema inercial, analizamos todo desde el punto de vista de un observador fijo en la calle (no dentro del bus).

2. Diagrama de cuerpo libre de la mochila (vista desde fuera):

• Peso W (o P): fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre la mochila, dirigida verticalmente hacia abajo.
• Fuerza normal del asiento N: reacción del asiento sobre la mochila, verticalmente hacia arriba.
• Fuerza de fricción estática f: como el bus acelera hacia adelante pero la mochila tiende a quedarse atrás, la fricción debe actuar horizontalmente hacia adelante para arrastrarla junto con el bus.

En el diagrama:

• Dibuja un punto que represente a la mochila.
• Traza una flecha hacia abajo rotulada W o mg.
• Una flecha igual en módulo hacia arriba rotulada N.
• Una flecha horizontal hacia la derecha (si tomas la aceleración hacia la derecha) rotulada f.

3. Diagrama de cuerpo libre del colgante

El colgante es una masa suspendida de una cuerda que forma un ángulo θ con la vertical.

• Peso W (o P): vertical hacia abajo.
• Tensión de la cuerda T: dirigida a lo largo de la cuerda, desde la masa hacia el punto de sujeción; por ello forma un ángulo θ con la vertical, inclinada hacia atrás (opuesta al movimiento del bus).

Como el punto de vista es inercial:

• La componente vertical de T (T·cosθ) equilibra al peso: $$T \cos \theta = mg$$
• La componente horizontal de T (T·senθ) produce la aceleración del colgante junto con el bus: $$T \sin \theta = ma$$

En el diagrama:

• Dibuja un punto para la masa.
• Traza una flecha vertical hacia abajo rotulada W o mg.
• Traza otra flecha inclinada hacia arriba formando el ángulo θ con la vertical, rotulada T.

4. Conclusión

El diagrama de la mochila tiene tres fuerzas (peso, normal y fricción hacia adelante); el del colgante tiene dos (peso hacia abajo y tensión inclinada a lo largo de la cuerda).