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Efectos de las fuerzas

Una fuerza es una acción que se ejerce sobre un objeto y que, como consecuencia, modifica su estado. Para que exista una fuerza es necesaria la presencia de dos cuerpos que interaccionen.

Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden deformarlo o cambiar su estado de movimiento.

La fuerza es un vector…

Empleamos los vectores para representar las fuerzas aplicadas a un cuerpo. Estas tienen las siguientes características:

  • Módulo: Tamaño del vector de la fuerza
  • Punto de aplicación: Punto dónde se ejerce la fuerza
  • Dirección: Inclinación que posee el vector con respecto a un eje horizontal imaginario, con el cual forma un ángulo.
  • Sentido: Orientación del vector, indicado por la cabeza de la flecha del vector.

Las fuerzas causan deformaciones: la ley de Hooke

Utilizamos las deformaciones producidas en muelles elásticos para poder determinar la capacidad de las fuerzas.

Este comportamiento se describe mediante la ley de Hooke, que dice… Los alargamientos L-L_0, producidos por las fuerzas en los muelles, son directamente proporcionales a las fuerzas, F, aplicadas.

\vec{F}=k(L-L_0)

¡Recuerda! La unidad de la fuerza es el Newton (N).

La constante elástica del muelle se mide en \frac{N}{m}.

Fuerzas y movimiento

Si se ejerce una fuerza sobre un cuerpo, la velocidad de esta cambia de valor o dirección (o ambas cosas), es decir, el cuerpo acelera.

Cuanto mayor es la fuerza, mayor es la aceleración producida.

La relación entre la fuerza, F, sobre un cuerpo de masa, m, y la aceleración, a, es: F = m * a (dicho con palabras, Fuerza es igual a la masa por la aceleración).

La unidad de fuerza, como os había recordado antes, es el N(ewton). Esta es fácil de definir si aplicamos la expresión F = m + a:

1N = (1kg) * (1 m/s^2)

Es decir, 1 newton es la fuerza que hay que ejercer sobre 1 kg de masa para que se obtenga una aceleración de 1m/s^2.

Para ejercer una fuerza es necesario que haya dos cuerpos que interactúen entre sí. Además,, las fuerzas que interactúan aparecen siempre por pares.

Si un cuerpo A ejerce una fuerza (acción) sobre otro B, este, simultáneamente, ejerce sobre A otra fuerza igual y de sentido contrario (reacción).

Suma de fuerzas

El peso es una fuerza

El peso de un cuerpo es la fuerza gravitatoria con la que la Tierra lo atrae. Para un cuerpo de masa m, su peso, P, es: P = m * g (dicho con palabras, el peso es igual a la masa por la gravedad).

La constante de proporcionalidad entre el peso de un cuerpo y su masa se denomina aceleración de la gravedad (gravedad, para los amigos) y su valor es g = 9,8 N/kg en a superficie terrestre.

El peso es una fuerza que ejerce la Tierra sobre los objetos en su proximidad:

  • Su dirección es radial al centro de la Tierra
  • Se aplica en un punto de los cuerpos de denominado centro de gravedad
  • Su sentido es hacia el centro de la Tierra.

La masa, m, de un cuerpo no varía, pero el peso sí que puede variar en función de la gravedad.

Veamos el siguiente ejemplo:


Un objeto tiene una masa de 20 kg en la Tierra. ¿Cuál es su peso en la superficie terrestre sabiendo que la aceleración de la gravedad de la Tierra es 9,8 m/s^2? ¿Y en la Luna, sabiendo que la aceleración de la gravedad en la superficie lunar es de 1,62 m/s^2.

DATOS
Masa Objeto = 20 kg
Gravedad Tierra = 9,8 m/s^2
Gravedad Lunar = 1,62 m/s^2
OPERACIÓN/RAZONAMIENTO
CALCULAR PESO EN SUPERFICIE TERRESTRE DEL OBJETO
P = m * g =
P = 20 (kg) * 9,8 (m/s^2) =
P = 196N

CALCULAR PESO EN SUPERFICIE LUNAR DEL OBJETO
P = m * g
P = 20 (kg) * 1,62 (m/s^2)
P = 32,4N

Respuesta: El peso de un objeto que tiene una masa de 20 kg en la superficie terrestre son 196 N. Y el peso del mismo objeto en la superficie lunar es de 32,4 N.


Utilizando el problema anterior de referencia, podemos comprobar que, aunque el objeto tenga la misma masa, la fuerza con la que el objeto es atraído en la Luna es mucho menor que en la Tierra.

La normal es una fuerza

La reacción normal, N, es una fuerza que ejerce una superficie sobre cualquier cuerpo apoyado sobre ella.

Veamos un ejemplo:


Si tu masa es de 50 kg y estás de pie sobre el suelo: a) ¿Cuánto vale la fuerza normal? ¿Y si te colocas una mochila de 20kg?

DATOS
Masa Cuerpo = 50 kg
Masa Mochila = 20 kg
Masa Cuerpo + Mochila = 70 kg
OPERACIÓN/RAZONAMIENTO
CALCULAR FUERZA NORMAL SIN MOCHILA
P = m * g
P = 50 (kg) * 9,8 (m/s^2)
P = 490 N

CALCULAR FUERZA NORMAL CON MOCHILA
P = m * g
P = 70 (kg) * 9,8 (m/s^2)
P = 686 N

Respuesta: La fuerza normal vale 490 N. Y con una mochila de 20 kg, 686 N.

El empuje es una fuerza

El empuje, E es una fuerza que experimenta cualquier cuerpo introducido en un fluido. Su valor coincide con el peso de un volumen de fluido igual al volumen de la parte sumergida en el cuerpo.

La tensión es una fuerza

La fuerza con que la cuerda tira de los cuerpos a los que está unida es la tensión, T . Su valor es el que marcaría un dinamómetro intercalado en la cuerda.

Veamos un ejemplo:


El atleta de la figura tiene una masa de 80 kg. ¿Qué tensión soporta cada cuerda de las anillas?

A) 40 kg

B) 392 N

C) 40 N

DATOS
Masa atleta = 80kg
Aceleración de la gravedad de la Tierra = 9,8m/s^2
OPERACIÓN/RAZONAMIENTO
P = m * g
P = 80 (kg) * 9,8 (m/s^2)
P = 784 N

Sabemos que el atleta tiene un peso de 784 N en la superficie de la tierra. Si el atleta solo estuviese colgando de una cuerda, la tensión de la cuerda sería 784 N, en cambio, como se está colgando de dos cuerdas, la tensión que cada una soporta es la mitad del total. Por lo tanto, cada cuerda está soportanto una tensión de 784/2 = 392.

Respuesta: B) 392 N.

La fuerza de rozamiento

Categorías: AprenderFísica y Química

Alexandru Theodor Muntenas

Estudiante de la ESO en el IES Montevives. Miembro del Área de Altas Capacidades del IES Montevives y percusionista en la Banda Municipal Las Gabias. Aprender es una pasión : 9

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