Fuerzas paralelas y concurrentes en física

Antecedentes sobre fuerzas concurrentes

Joe y su padre están tratando de sacar una gran piedra del suelo. Saben que si aplican una fuerza de 1400 N a la roca, se moverá. Sin embargo, ni Joe ni su padre pueden aplicar tanta fuerza solos.

Para intentar mover la roca, atan dos cuerdas a la roca y ambas tiran al mismo tiempo con fuerzas iguales de 1000 N cada una, pero no tiran en la misma dirección. Joe tira de su cuerda hacia el este, mientras que su padre tira hacia el norte. ¿Podrán mover la roca?

Para responder a esta pregunta, necesitamos saber cómo calcular la resultante de estas dos fuerzas aplicadas. La fuerza resultante es la fuerza única que podría aplicarse a un objeto (en este caso, la roca), que tendría el mismo efecto que todas las fuerzas aplicadas combinadas.

Debido a que ambas fuerzas pasan por el mismo punto en el centro de la roca, decimos que estas dos fuerzas son concurrentes. Las fuerzas concurrentes son fuerzas que actúan sobre el mismo punto. Para encontrar la resultante de dos fuerzas concurrentes, no siempre puede simplemente sumar las dos cantidades de fuerza. Por qué no? ¡Porque las fuerzas son vectores!

Un vector es cualquier cantidad con una magnitud y una dirección, y la dirección es la parte realmente crítica aquí. Si Joe y su padre tiraran en la misma dirección, entonces podríamos encontrar fácilmente la fuerza resultante simplemente sumando sus dos fuerzas. De manera similar, si tiraran en direcciones opuestas, la fuerza resultante sería cero porque restaríamos la fuerza que actúa hacia la izquierda (en la dirección negativa) de la fuerza que actúa hacia la derecha (en la dirección positiva).

Sin embargo, en este caso, dado que las fuerzas son perpendiculares, tendremos que utilizar otra técnica para encontrar la resultante. Una forma de encontrar la resultante de dos fuerzas es usar la regla del paralelogramo. Para hacer esto, primero dibuje los dos vectores de fuerza con sus colas en el mismo punto, y luego dibuje un paralelogramo con esos dos vectores de fuerza como dos de los lados del paralelogramo. La resultante será la diagonal de este paralelogramo.

Puede usar algo de geometría y trigonometría para encontrar la magnitud y dirección de la resultante. Para encontrar la magnitud de esta fuerza resultante, puede usar el teorema de Pitágoras. ¡Ten cuidado con esto, porque solo es válido si hay un ángulo recto en el triángulo!

Puedes encontrar el ángulo en el que actúa la fuerza resultante usando la función tangente, que es igual al lado del triángulo opuesto al ángulo dividido por el lado adyacente al ángulo.

Repasemos esto. Entonces, la fuerza resultante es igual a la raíz cuadrada de 1000 N al cuadrado más otros 1000 N al cuadrado. La fuerza resultante es 1414 N. Como sabemos que la roca se moverá si se le aplica una fuerza de 1400 N, ahora sabemos que Joe y su padre podrán mover la roca.

Antecedentes de las fuerzas paralelas

Siempre que las fuerzas no sean concurrentes, tienen el potencial de hacer que un objeto gire. Un caso especial de fuerzas no concurrentes son las fuerzas paralelas. Las fuerzas paralelas se encuentran en el mismo plano y tienen líneas de acción que nunca se cruzan entre sí. Dos fuerzas que son paralelas pueden estar en la misma dirección o en direcciones opuestas.

Para encontrar la resultante de dos fuerzas paralelas, puede usar los mismos métodos que usamos para las fuerzas concurrentes. Sin embargo, ahora también debe considerar dónde colocar la resultante, ya que no todas las fuerzas actúan en el mismo punto. Recuerde que la resultante debe ser equivalente a todas las demás fuerzas combinadas.

Para encontrar la magnitud de dos o más fuerzas paralelas, simplemente súmelas. Luego, para encontrar la ubicación de la resultante, primero debe multiplicar cada fuerza por la distancia hasta donde se aplica. Sume todos estos juntos y divida por la suma de las fuerzas para encontrar exactamente dónde debe aplicar la resultante para que tenga el mismo efecto en el objeto que todas las demás fuerzas juntas.

Si x = 0 está en el extremo izquierdo de la varilla, entonces calcularía la resultante de tres fuerzas paralelas que actúan todas sobre una viga recta como la que está viendo en la pantalla:

En este ejemplo, si F1 = 10 N, F2 = 20 N, y F3 = 15 N, y x 1 = 5 cm, x ; 2 = 15 cm y x 3 = 25 cm, entonces la magnitud de la fuerza resultante sería ser 10 N + 20 N + 15 N = 45 N.

Hallaría la distancia desde el extremo de la viga hasta la ubicación de la resultante ( d ) dividiendo la suma de cada fuerza por cada distancia individual por la suma de todas las fuerzas (45 N):

Que, como ves, resulta ser de 16,11 cm.

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos aprendido. La fuerza resultante es la fuerza única que se podría aplicar a un objeto que tendría el mismo efecto que todas las fuerzas aplicadas combinadas. En el caso de nuestro ejemplo con Joe y su padre, fue el efecto de mover una piedra. Las fuerzas concurrentes son fuerzas que actúan sobre el mismo punto. Para encontrar la resultante de dos fuerzas concurrentes, que eran perpendiculares entre sí en nuestro ejemplo, no puede simplemente sumar las dos fuerzas porque las fuerzas son vectores , que son cualquier cantidad con magnitudes y direcciones. Debido a esto, la regla del paralelogramo se usa para crear un cuadrado con las líneas perpendiculares junto con el teorema de Pitágoras para calcular el resultado y la fuerza.

Las fuerzas paralelas , por otro lado, se encuentran en el mismo plano y tienen líneas de acción que nunca se cruzan entre sí. Pueden calcularse utilizando métodos similares al cálculo de las fuerzas concurrentes, que pueden verse como un objeto que es arrastrado en la misma dirección o en direcciones opuestas por las fuerzas que intentan quitarlo. Recuerde que la resultante debe ser equivalente a todas las demás fuerzas combinadas. Por último, recuerde que para averiguar dónde aplicar las fuerzas resultantes en un objeto, simplemente multiplique cada fuerza por la distancia a cada una de las fuerzas, sume las fuerzas y divida ambos resultados para encontrar la distancia.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador