Un bloque de masa M es tirado por una cuerda uniforme de masa M atada a él aplicando un tirón de 12 N en el otro extremo. ¿Cuál es la tensión en el punto medio de la cuerda?

La respuesta depende de si hay otras fuerzas que actúen sobre el bloque y la cuerda. Por ejemplo, si su mano mantiene el bloque en su lugar y el sistema es horizontal (por ejemplo, en la superficie de una mesa), entonces la respuesta es 12 N porque la aceleración del sistema es cero y, por lo tanto, la misma tensión actúa a lo largo de todo longitud de la cuerda. Eso probablemente no sea lo que se pretende.

Entonces, supongamos que no hay otras fuerzas: el bloque y la cuerda están en el espacio profundo y se une un pequeño cohete al extremo de la cuerda para aplicarle 12 N. (Sí, ¡esta configuración es lo que hace que este tipo de problemas sea muy poco realista!) En ese caso, puede dibujar dos diagramas de cuerpo libre de la siguiente manera:

  1. El sistema de bloque y toda la cuerda. Masa = 2M, fuerza neta = 12 N, y por lo tanto la aceleración del sistema es a = (12 N) / (2M).
  2. El sistema de bloque y la mitad de la cuerda unida a él. Este sistema 2 tiene la * misma * aceleración que el sistema 1 anterior. Esta idea es la clave para resolver el problema. Masa = 1.5M, fuerza neta = T en el punto medio de la cuerda, a = (12 N) / (2M) desde el paso 1. Por lo tanto, T = (1.5M) * (12 N) / (2M) = 9 N.

Consideremos primero el sistema de bloque y cuerda como un sistema único . Este sistema actúa sobre una fuerza de 12N. Como la masa del sistema es de 2M, la aceleración del sistema será

a = 12 / (2M) = 6 / M m / s ^ 2.

Ahora escribamos la ecuación de movimiento de la mitad de la cuerda entre el punto de aplicación de la fuerza y ​​el punto medio de la cuerda.

La masa de esta parte de la cuerda es M / 2. Si T es la tensión en el punto medio de la cuerda, la ecuación de movimiento para esta media cuerda es:

(M / 2) (6 / M) = 12-T. Esto da

T = 12–3 = 9N.