Diagramas de cuerpo libre: cómo dibujar correctamente las fuerzas en Física del HSC
Aprende a aislar un objeto, identificar las fuerzas que actúan sobre él, elegir las direcciones correctas y evitar errores comunes en los diagramas de cuerpo libre.
Una caja se desliza hacia la derecha sobre un suelo rugoso. ¿Hacia dónde deben apuntar las flechas?
Muchos estudiantes dibujarán una flecha hacia la derecha porque la caja se mueve hacia la derecha. Eso parece razonable, pero puede ser completamente incorrecto. Un diagrama de cuerpo libre no muestra la dirección del movimiento. Muestra las fuerzas que actúan sobre un objeto elegido.
Esa diferencia lo cambia todo.
Supón que la caja se mueve hacia la derecha, pero está reduciendo su velocidad. Predice la dirección horizontal de la fuerza neta antes de seguir leyendo.
Debe ser hacia la izquierda. Un objeto puede moverse hacia la derecha mientras la fuerza neta apunta hacia la izquierda. La velocidad indica cómo se mueve el objeto. La fuerza neta indica cómo está cambiando su velocidad.
Un buen diagrama de cuerpo libre separa estas ideas antes de comenzar con el álgebra.
01Qué hace realmente un diagrama de cuerpo libre
Imagina sacar un objeto de una situación complicada y colocarlo solo bajo un foco. Ignoras por un momento el resto de la escena y preguntas:
¿Qué otros objetos están interactuando con este objeto en este momento?
Cada interacción puede producir una fuerza.
Para un libro en reposo sobre una mesa:
- La Tierra tira del libro hacia abajo mediante la gravedad.
- La mesa empuja el libro hacia arriba mediante el contacto.
Esas son las fuerzas sobre el libro.
El libro también atrae gravitatoriamente a la Tierra hacia arriba y empuja la mesa hacia abajo. Esas fuerzas son reales, pero actúan sobre la Tierra y la mesa, no sobre el libro. Por lo tanto, no pertenecen al diagrama de cuerpo libre del libro.
Por eso importa la palabra libre. Mentalmente liberamos un objeto de su entorno y luego sustituimos cada interacción relevante por una flecha de fuerza.
02La regla que evita la mayoría de los errores
Antes de dibujar ninguna flecha, completa esta frase:
«Estoy dibujando las fuerzas que actúan sobre ______».
Ese espacio en blanco es el sistema que has elegido.
Si el sistema es un trineo, cada flecha debe representar una fuerza que actúa sobre el trineo.
Si el sistema es una persona de pie sobre el trineo, las flechas serán diferentes.
Si el sistema está formado por la persona y el trineo juntos, las fuerzas entre la persona y el trineo pasan a ser internas al sistema y normalmente desaparecen del diagrama.
Una forma un poco absurda de pensarlo es como una auditoría de relaciones. No estás preguntando: «¿Quién aparece en esta historia?». Estás preguntando: «¿Quién está interactuando realmente con el objeto que he elegido?». La analogía deja de funcionar porque las fuerzas dependen de interacciones físicas, no de dramas sociales, pero la idea de filtrar las interacciones resulta útil.
03Un método fiable de cuatro pasos
Paso 1: Aísla el objeto
Sustituye el objeto por una caja o un punto sencillos. Normalmente no necesitas dibujar su forma real.
El diagrama de cuerpo libre no pretende ser una imagen de la escena. Es un inventario de fuerzas.
Paso 2: Enumera las interacciones
Pregúntate qué puede ejercer una fuerza sobre el objeto.
Entre las interacciones habituales en Física del HSC se incluyen:
| Interacción | Fuerza típica | Dirección |
|---|---|---|
| Tierra y objeto | Peso \(F_g\) o \(mg\) | Verticalmente hacia abajo |
| Superficie y objeto | Fuerza normal \(N\) | Perpendicular a la superficie |
| Superficies rugosas | Fricción \(f\) | A lo largo de la superficie, oponiéndose al deslizamiento relativo o a la tendencia a deslizarse |
| Cuerda o cable | Tensión \(T\) | A lo largo de la cuerda, tirando en dirección opuesta al objeto |
| Persona o máquina empujando/tirando | Fuerza aplicada \(F\) | En la dirección del empuje o del tirón |
| Fluido como el aire o el agua | Resistencia | Se opone al movimiento respecto al fluido |
| Resorte y objeto | Fuerza elástica | A lo largo del resorte, hacia su posición de equilibrio |
Esta tabla es un punto de partida, no una lista de fuerzas que debas añadir automáticamente. Una fuerza solo pertenece al diagrama si existe la interacción correspondiente.
Paso 3: Dibuja cada fuerza en su dirección física
La dirección de una flecha viene determinada por la interacción, no por la dirección en la que quieres que se mueva el objeto.
Por ejemplo, la fuerza normal es perpendicular a la superficie de contacto. En un suelo horizontal, eso significa que apunta verticalmente hacia arriba.
En una rampa, la fuerza normal está inclinada.
Esta es una de las razones por las que el atajo habitual \(N = mg\) es peligroso. A veces es cierto. No es la definición de fuerza normal.
Paso 4: Solo entonces aplica las leyes de Newton
Una vez que el diagrama sea correcto, puedes escribir
\[
\sum \vec{F} = m\vec{a}
\]
donde \(\sum \vec{F}\) es la suma vectorial de todas las fuerzas externas que actúan sobre el objeto elegido, \(m\) es su masa en kilogramos y \(\vec{a}\) es su aceleración en metros por segundo al cuadrado.
El diagrama de cuerpo libre viene antes que esta ecuación porque te indica qué fuerzas deben incluirse en la suma.
04El movimiento no es una fuerza
Considera un disco de hockey que se desliza hacia la derecha sobre hielo rugoso después de haber sido golpeado. El stick ya no está en contacto con él.
¿Qué fuerzas horizontales actúan sobre el disco?
Una respuesta tentadora es:
- fricción hacia la izquierda
- una «fuerza de movimiento» hacia la derecha
La segunda fuerza no existe.
Una vez que el stick deja de estar en contacto con el disco, deja de ejercer sobre él una fuerza de contacto. El disco puede seguir moviéndose hacia la derecha porque un objeto no necesita una fuerza hacia delante para mantener su velocidad.
Si la fricción es la única fuerza horizontal, entonces la fuerza neta apunta hacia la izquierda. Por tanto, el disco acelera hacia la izquierda, lo que significa que su velocidad hacia la derecha disminuye.
Así funcionan conjuntamente la primera y la segunda ley de Newton.
Una fuerza está relacionada con una interacción, no automáticamente con el movimiento.
05El peso y la fuerza normal no forman un par de la tercera ley de Newton
Un libro está en reposo sobre una mesa horizontal. Su peso apunta hacia abajo y la fuerza normal de la mesa apunta hacia arriba.
Las dos fuerzas pueden tener magnitudes iguales. ¿Significa eso que forman un par de la tercera ley de Newton?
No.
Ambas actúan sobre el mismo objeto, el libro.
Los pares de la tercera ley de Newton siempre actúan sobre objetos diferentes.
El par de fuerzas gravitatorias de la tercera ley es:
- La Tierra atrae el libro hacia abajo.
- El libro atrae la Tierra hacia arriba.
El par de fuerzas de contacto de la tercera ley es:
- la mesa empuja el libro hacia arriba,
- el libro empuja la mesa hacia abajo.
Solo las fuerzas que actúan sobre el libro pertenecen al diagrama de cuerpo libre del libro.
06La fuerza normal no es automáticamente igual al peso
Para un objeto en reposo sobre una mesa horizontal sin ninguna otra fuerza vertical, la aceleración vertical es cero. Por tanto,
\[
\sum F_y = 0
\]
de modo que
\[
N – mg = 0
\]
y, por lo tanto,
\[
N = mg.
\]
Observa lo que ha ocurrido. Hemos deducido \(N = mg\) a partir de las circunstancias.
No hemos empezado suponiendo que es una regla universal.
Si empujas el objeto hacia abajo, \(N\) puede ser mayor que \(mg\). Si tiras de él hacia arriba formando un ángulo, \(N\) puede ser menor que \(mg\). Sobre una superficie inclinada, la fuerza normal ni siquiera se opone a todo el vector del peso.
07La fricción no significa simplemente «opuesta a la velocidad»
La fricción actúa oponiéndose al deslizamiento relativo, o a la tendencia al deslizamiento relativo, entre superficies.
Para un bloque que se desliza hacia la derecha sobre un suelo inmóvil, la fricción sobre el bloque apunta hacia la izquierda. Fácil.
Pero imagina una caja apoyada en el suelo de un camión que acelera hacia delante. Si la caja no resbala, la fricción estática sobre la caja apunta hacia delante.
Esto puede parecer extraño porque la caja también se mueve hacia delante. Pero sin fricción, el suelo del camión aceleraría hacia delante por debajo de la caja. La fricción estática actúa hacia delante para impedir ese deslizamiento relativo.
Por tanto, «la fricción siempre apunta en dirección opuesta al movimiento» no es una regla fiable.
Una pregunta mejor es:
¿En qué dirección se deslizarían las superficies una respecto a la otra si no hubiera fricción?
La fricción se opone a ese deslizamiento relativo o a esa tendencia.
08Ejemplo resuelto: tirar de una caja sobre un suelo
Una caja de \(6.0\text{ kg}\) es arrastrada horizontalmente hacia la derecha con una fuerza de \(24\text{ N}\). La fricción actúa sobre la caja con una magnitud de \(9.0\text{ N}\). Dibuja el diagrama de cuerpo libre y determina la aceleración de la caja.
Paso 1
La Tierra tira de la caja hacia abajo, el suelo la empuja hacia arriba, el agente que tira ejerce \(24\text{ N}\) hacia la derecha y el suelo ejerce fricción hacia la izquierda.
Por tanto, las cuatro fuerzas son:
- peso \(mg\), hacia abajo,
- fuerza normal \(N\), hacia arriba,
- fuerza aplicada \(24\text{ N}\), hacia la derecha,
- fricción \(9.0\text{ N}\), hacia la izquierda.
Paso 2
El tirón es horizontal y la caja no tiene aceleración vertical, por lo que
\[
N – mg = 0.
\]
Su peso es
\[
mg = 6.0 \times 9.8 = 58.8\text{ N}.
\]
Por tanto,
\[
N = 58.8\text{ N}.
\]
Paso 3
Tomamos la derecha como positiva.
\[
\sum F_x = 24 – 9.0 = 15\text{ N}.
\]
Paso 4
\[
\begin{aligned}
\sum F_x &= ma \\
15 &= 6.0a \\
a &= 2.5\text{ m s}^{-2}
\end{aligned}
\]
La caja acelera a \(2.5\text{ m s}^{-2}\) hacia la derecha.
El punto importante es que la aceleración se obtiene a partir de la fuerza neta, no simplemente del hecho de que se esté tirando de la caja hacia la derecha.
09Fuerzas sobre un plano inclinado
Una rampa hace que los diagramas de cuerpo libre sean más interesantes porque «hacia arriba» y «perpendicular a la superficie» ya no son la misma dirección.
Considera un bloque sobre una pendiente.
Su peso \(mg\) sigue apuntando verticalmente hacia abajo. La gravedad no gira solo porque lo haga el suelo.
La fuerza normal \(N\) apunta perpendicularmente a la pendiente.
Si hay fricción, esta apunta a lo largo de la pendiente.
Para los cálculos, normalmente resulta conveniente elegir ejes paralelos y perpendiculares a la pendiente.
El peso puede entonces descomponerse en componentes:
\[
mg\sin\theta
\]
paralela a la pendiente, y
\[
mg\cos\theta
\]
perpendicular a la pendiente, donde \(\theta\) es el ángulo de la pendiente respecto a la horizontal.
Estas componentes no son fuerzas adicionales. Son simplemente la fuerza peso original representada según direcciones de coordenadas útiles.
Esta distinción es importante. Tu diagrama de cuerpo libre no debe contener \(mg\), \(mg\sin\theta\) y \(mg\cos\theta\) como tres fuerzas gravitatorias independientes.
10Ejemplo resuelto: un bloque que se desliza por una pendiente rugosa
Un bloque de \(8.0\text{ kg}\) se desliza hacia abajo por una pendiente de \(30^\circ\). Sobre el bloque actúa una fricción de \(12\text{ N}\). Dibuja el diagrama de cuerpo libre, calcula la fuerza normal y determina la aceleración a lo largo de la pendiente. Usa \(g = 9.8\text{ m s}^{-2}\).
Paso 1
Sobre el bloque actúan tres fuerzas:
- peso \(mg\), verticalmente hacia abajo,
- fuerza normal \(N\), perpendicular a la pendiente,
- fricción \(12\text{ N}\), hacia arriba por la pendiente porque el bloque se desliza hacia abajo.
No existe una «fuerza hacia abajo por la pendiente» independiente. La contribución en esa dirección procede de una componente del peso.
Paso 2
\[
mg = 8.0 \times 9.8 = 78.4\text{ N}.
\]
Paso 3
La componente perpendicular es
\[
mg\cos\theta.
\]
El bloque no acelera atravesando la superficie, por lo que la fuerza neta perpendicular es cero:
\[
\begin{aligned}
N – mg\cos30^\circ &= 0 \\
N &= 78.4\cos30^\circ \\
N &\approx 67.9\text{ N}.
\end{aligned}
\]
Observa que \(N\) es menor que \(mg\). Esta es precisamente la razón por la que \(N = mg\) no puede tratarse como una regla general.
Paso 4
La componente que tira del bloque hacia abajo por la pendiente es
\[
\begin{aligned}
mg\sin30^\circ
&= 78.4\sin30^\circ \\
&= 39.2\text{ N}.
\end{aligned}
\]
Paso 5
Tomamos como positiva la dirección hacia abajo por la pendiente.
\[
\sum F_{\parallel} = 39.2 – 12 = 27.2\text{ N}.
\]
Paso 6
\[
\begin{aligned}
\sum F_{\parallel} &= ma \\
27.2 &= 8.0a \\
a &= 3.4\text{ m s}^{-2}.
\end{aligned}
\]
El bloque acelera hacia abajo por la pendiente a \(3.4\text{ m s}^{-2}\).
El diagrama de cuerpo libre hizo que el cálculo fuera manejable porque primero separó las fuerzas reales y después nos permitió descomponer una de ellas en componentes útiles.
11La tensión apunta a lo largo de la cuerda
Una cuerda puede tirar de un objeto. Una cuerda flexible ideal no puede empujarlo.
Por tanto, cuando una cuerda está unida a un objeto, la fuerza de tensión sobre ese objeto apunta:
- a lo largo de la cuerda, y
- alejándose del objeto.
Si una masa cuelga de una cuerda vertical, la tensión apunta hacia arriba.
Si se tira de un trineo mediante una cuerda inclinada \(20^\circ\) por encima de la horizontal, la tensión apunta \(20^\circ\) por encima de la horizontal.
Esa tensión inclinada tiene componentes horizontal y vertical. Su componente ascendente puede reducir la fuerza normal.
Para una tensión \(T\) con un ángulo \(\theta\) por encima de la horizontal,
\[
T_x = T\cos\theta
\]
y
\[
T_y = T\sin\theta.
\]
De nuevo, \(T_x\) y \(T_y\) son componentes de una única fuerza de tensión, no dos nuevas interacciones físicas.
12¿Cuándo debes dibujar una flecha?
Antes de añadir cualquier flecha de fuerza, intenta hacerte esta pregunta:
«¿Qué objeto está ejerciendo esta fuerza?»
Si no puedes nombrar ninguno, desconfía.
Para el peso, la respuesta es la Tierra.
Para la fuerza normal, es la superficie de contacto.
Para la fricción, es la otra superficie.
Para la tensión, es la cuerda o el cable.
Una misteriosa «fuerza de movimiento», una «fuerza centrípeta» añadida además de las fuerzas dirigidas hacia dentro que ya has identificado, o una «fuerza de aceleración» normalmente no supera esta prueba.
En particular, «fuerza centrípeta» es una descripción de la fuerza neta hacia el centro necesaria para el movimiento circular, no una fuerza adicional que debas añadir automáticamente. Según la situación, esa fuerza neta hacia el centro puede ser proporcionada por la tensión, la gravedad, la fricción, la fuerza normal o una combinación de ellas.
13Lista de comprobación rápida para diagramas de cuerpo libre
Cuando termines un diagrama, comprueba estos puntos:
- ¿He elegido claramente un solo objeto o sistema?
- ¿Representa cada flecha una fuerza sobre ese sistema?
- ¿Puedo nombrar el otro objeto responsable de cada fuerza?
- ¿El peso apunta verticalmente hacia abajo?
- ¿La fuerza normal es perpendicular a la superficie de contacto?
- ¿La tensión sigue la dirección de la cuerda?
- ¿He determinado la fricción a partir del deslizamiento relativo o de su tendencia, en lugar de hacer que se oponga ciegamente a la velocidad?
- ¿He dibujado por accidente la velocidad o la aceleración como si fueran una fuerza?
- ¿He colocado los dos miembros de un par de la tercera ley de Newton sobre un mismo objeto?
- ¿He confundido componentes de fuerzas con fuerzas adicionales?
Si tienes controladas estas preguntas, la mayoría de los cálculos posteriores de dinámica resultarán mucho más claros.
14Preguntas y soluciones
Pregunta 1
Una lámpara de \(4.0\text{ kg}\) cuelga inmóvil de un único cable vertical. Dibuja el diagrama de cuerpo libre de la lámpara y calcula la tensión en el cable. Usa \(g = 9.8\text{ m s}^{-2}\).
Solución 1
Sobre la lámpara actúan dos fuerzas: el peso hacia abajo y la tensión hacia arriba, y la tensión es de \(39.2\text{ N}\).
La lámpara está inmóvil, por lo que su aceleración es cero. Por tanto, la fuerza neta vertical debe ser cero.
Su peso es
\[
\begin{aligned}
F_g &= mg \\
&= 4.0 \times 9.8 \\
&= 39.2\text{ N}.
\end{aligned}
\]
Tomando hacia arriba como positivo,
\[
\begin{aligned}
\sum F_y &= 0 \\
T – mg &= 0 \\
T &= 39.2\text{ N}.
\end{aligned}
\]
Por tanto, el diagrama de cuerpo libre contiene una flecha \(T\) hacia arriba y una flecha \(mg\) hacia abajo de igual magnitud.
Un error frecuente es añadir otra fuerza hacia abajo porque el cable está «sosteniendo un peso». El peso de la lámpara ya representa la fuerza gravitatoria que la Tierra ejerce sobre ella. El cable solo aporta la fuerza de tensión hacia arriba.
Pregunta 2
Una caja de \(10\text{ kg}\) es arrastrada por un suelo horizontal mediante una fuerza de \(50\text{ N}\) dirigida \(37^\circ\) por encima de la horizontal. La fricción sobre la caja es de \(18\text{ N}\). Dibuja el diagrama de cuerpo libre, calcula la fuerza normal y determina la aceleración horizontal. Usa \(g = 9.8\text{ m s}^{-2}\).
Solución 2
La fuerza normal es aproximadamente \(68\text{ N}\), y la caja acelera horizontalmente a aproximadamente \(2.2\text{ m s}^{-2}\) en la dirección del tirón.
Las fuerzas que actúan sobre la caja son:
- peso \(mg\) hacia abajo,
- fuerza normal \(N\) hacia arriba,
- la fuerza de \(50\text{ N}\) que tira a \(37^\circ\) por encima de la horizontal,
- fricción \(18\text{ N}\) en dirección opuesta al deslizamiento.
Primero calcula el peso:
\[
mg = 10 \times 9.8 = 98\text{ N}.
\]
La componente vertical de la fuerza de tracción es
\[
\begin{aligned}
F_y &= 50\sin37^\circ \\
&\approx 30.1\text{ N}.
\end{aligned}
\]
No hay aceleración vertical, por lo que
\[
\begin{aligned}
N + 30.1 – 98 &= 0 \\
N &\approx 67.9\text{ N}.
\end{aligned}
\]
La fuerza normal es menor que el peso porque la cuerda contribuye a sostener la caja.
La componente horizontal del tirón es
\[
\begin{aligned}
F_x &= 50\cos37^\circ \\
&\approx 39.9\text{ N}.
\end{aligned}
\]
Por tanto, la fuerza neta horizontal es
\[
\sum F_x = 39.9 – 18 = 21.9\text{ N}.
\]
Usando \(\sum F_x = ma\),
\[
\begin{aligned}
21.9 &= 10a \\
a &\approx 2.19\text{ m s}^{-2}.
\end{aligned}
\]
Así que la aceleración es aproximadamente \(2.2\text{ m s}^{-2}\).
El error tentador es usar \(N = mg = 98\text{ N}\). Eso ignoraría la componente ascendente de la fuerza inclinada.
Pregunta 3
Un pasajero está de pie sobre una báscula dentro de un ascensor que se desplaza hacia arriba pero está reduciendo su velocidad. Un estudiante dice: «Como el ascensor se mueve hacia arriba, la báscula debe empujar al pasajero con una fuerza mayor que su peso».
¿Tiene razón el estudiante? Dibuja el diagrama de cuerpo libre del pasajero y explica cómo debe compararse la lectura de la báscula con el peso del pasajero.
Solución 3
El estudiante está equivocado. La lectura de la báscula debe ser menor que el peso del pasajero mientras el ascensor que se mueve hacia arriba reduce su velocidad.
Sobre el pasajero solo actúan dos fuerzas significativas:
- peso \(mg\) hacia abajo,
- fuerza normal \(N\) de la báscula hacia arriba.
La clave es separar la velocidad de la aceleración.
El ascensor se desplaza hacia arriba pero está reduciendo su velocidad, por lo que su aceleración apunta hacia abajo. Por tanto, el pasajero también tiene una aceleración hacia abajo.
Para que la fuerza neta apunte hacia abajo,
\[
mg > N.
\]
Por tanto,
\[
N < mg.
\]
Una báscula de baño mide la fuerza de contacto, que es la fuerza normal \(N\), en lugar de medir directamente \(mg\). Por tanto, su lectura es menor que la lectura habitual cuando el pasajero está en reposo.
La idea errónea surge de tratar la dirección del movimiento como si fuera la dirección de la fuerza neta. Un objeto que se mueve hacia arriba puede tener una fuerza neta hacia abajo si está reduciendo su velocidad.
Pregunta 4
Un bloque pequeño permanece en reposo respecto al suelo horizontal de un camión, sin deslizarse. El camión comienza a acelerar hacia la derecha.
Un estudiante dibuja el diagrama de cuerpo libre del bloque únicamente con el peso hacia abajo y la fuerza normal hacia arriba. Otro añade una fuerza de fricción apuntando hacia la izquierda porque «la fricción siempre se opone al movimiento».
Explica qué falta o qué es incorrecto en cada diagrama. Indica la dirección de la fuerza de fricción sobre el bloque.
Solución 4
La fricción estática sobre el bloque apunta hacia la derecha. Al primer diagrama le falta esta fuerza horizontal, mientras que el segundo estudiante ha elegido la dirección incorrecta.
Si no hubiera ninguna fuerza horizontal sobre el bloque, la segunda ley de Newton daría una aceleración horizontal nula. El suelo del camión aceleraría hacia la derecha por debajo de él, mientras que el bloque tendería a conservar su velocidad horizontal original.
Por tanto, respecto al camión, el bloque tendería a deslizarse hacia la izquierda.
La fricción estática se opone a esa tendencia de deslizamiento relativo, por lo que el suelo del camión ejerce fricción sobre el bloque hacia la derecha.
Esa fricción hacia la derecha es la que proporciona al bloque su aceleración hacia la derecha:
\[
f_s = ma
\]
siempre que la fricción necesaria no supere la fricción estática máxima disponible.
La trampa importante está en la frase «la fricción se opone al movimiento». El bloque se mueve hacia la derecha y la fuerza de fricción también apunta hacia la derecha. La fricción se opone al deslizamiento relativo, o a la tendencia a deslizarse, entre las superficies en contacto.
Pregunta 5
Un bloque se desliza hacia abajo por un plano inclinado rugoso a velocidad constante. Un estudiante dibuja tres fuerzas sobre él: el peso \(mg\) verticalmente hacia abajo, la fuerza normal \(N\) perpendicular a la pendiente y la fricción \(f\) hacia arriba por la pendiente. Después añade una cuarta fuerza etiquetada como «fuerza resultante hacia abajo por la pendiente» porque la gravedad tiene una componente \(mg\sin\theta\) en esa dirección.
Identifica el error. Después determina la relación entre la fuerza de fricción y la componente \(mg\sin\theta\).
Solución 5
La cuarta flecha es incorrecta. No hay ninguna fuerza resultante adicional que deba dibujarse, y la magnitud de la fricción debe ser igual a \(mg\sin\theta\).
Una fuerza resultante no es una interacción independiente. Es la suma vectorial de las fuerzas reales que ya aparecen en el diagrama.
Del mismo modo, \(mg\sin\theta\) no es una fuerza adicional además de \(mg\). Es la componente de la fuerza peso existente paralela al plano inclinado.
Como el bloque se mueve a velocidad constante, su aceleración es cero. Por tanto, la fuerza neta a lo largo de la pendiente es cero.
Tomando como positiva la dirección hacia abajo por la pendiente,
\[
\begin{aligned}
\sum F_{\parallel} &= 0 \\
mg\sin\theta – f &= 0.
\end{aligned}
\]
Por tanto,
\[
f = mg\sin\theta.
\]
Las fuerzas se equilibran a lo largo de la pendiente aunque el bloque esté en movimiento. Una fuerza neta nula significa aceleración nula, no velocidad nula.
Esta es la razón más profunda por la que importan los diagramas de cuerpo libre: una vez que puedes distinguir las interacciones reales del movimiento, las componentes y las resultantes, las leyes de Newton se convierten en un problema controlado de contabilidad de fuerzas en lugar de un ejercicio de adivinación. El siguiente paso útil es aprender a elegir ejes y descomponer estas fuerzas de manera eficiente en situaciones bidimensionales, especialmente en planos inclinados y movimiento circular.