Definición de fuerza resultante
Dos grupos de personas están en un tira y afloja, y cada grupo tira de la cuerda con tanta fuerza como puede. ¿Quién va a ganar? ¿Un grupo podrá hacer que el otro grupo se mueva?
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Para responder estas preguntas, necesita saber cómo encontrar la fuerza resultante. La fuerza resultante es la fuerza única que produciría el mismo efecto en un objeto (la cuerda) que dos o más fuerzas que se aplican al objeto.
Fuerzas de identificación y diagramas de dibujo
Para encontrar la fuerza resultante, primero debe identificar cuidadosamente el objeto que desea estudiar. En el tira y afloja, cada equipo está tirando de la cuerda, por lo que la cuerda es el objeto cuyo movimiento queremos estudiar.
A continuación, identifique todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. Cada equipo está tirando de la cuerda, por lo que hay fuerzas que actúan sobre la cuerda en direcciones opuestas.
Una excelente manera de mostrar claramente las fuerzas que actúan sobre un objeto es usar un diagrama de cuerpo libre como el que está viendo en la pantalla. Un diagrama de cuerpo libre es una imagen que representa el objeto con un punto en el centro y usa flechas para representar las fuerzas que actúan sobre el objeto.
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Observe que cada fuerza está etiquetada con un símbolo diferente para que pueda realizar un seguimiento de las diferentes fuerzas. En este caso, la fuerza de las personas de la derecha se denominó ‘FR’ y la fuerza de las personas de la izquierda se denominó ‘FL’.
Fuerza y movimiento resultantes
Una vez que conozca la fuerza resultante, puede usarla para predecir cómo se moverá (o no) el objeto. Ya en el siglo XVII, Sir Isaac Newton escribió un libro titulado Principios matemáticos de la filosofía natural , y en este famoso libro, explicó las leyes del movimiento, que demuestran el efecto de las fuerzas sobre el movimiento. Hay tres en total, pero las dos primeras leyes son especialmente importantes para comprender cómo la fuerza resultante afectará el movimiento de nuestro objeto.
- La primera ley del movimiento: si la fuerza resultante que actúa sobre un objeto es cero, no cambiará su movimiento de ninguna manera (ni la velocidad ni la dirección).
- La segunda ley del movimiento: si la fuerza resultante NO es cero, el objeto se acelerará en la dirección de la fuerza neta y la aceleración será directamente proporcional a la fuerza resultante e inversamente proporcional a su masa.
En conjunto, estas dos leyes explican lo que sucederá en cualquier situación en la que haya una fuerza resultante.
Algunos problemas de ejemplo
Veamos el problema del tira y afloja una vez más y veamos si podemos unir todo esto y descubrir en qué dirección se moverá la cuerda:
Al comienzo del tira y afloja, el equipo de la izquierda aplica una fuerza de 1600 N a la cuerda, y el equipo de la derecha también aplica una fuerza de 1600 N a la cuerda. ¿Qué pasa con la cuerda?
Comencemos con un diagrama de cuerpo libre e incluyamos la cantidad de cada fuerza.
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Dado que la fuerza hacia la derecha es 1600 N y la fuerza hacia la izquierda también es 1600 N, la fuerza resultante es 0 N.
Sabiendo que la fuerza resultante es cero, ¿qué significa esto para el movimiento de la cuerda? Recuerde, la primera ley de Newton dice que si la fuerza resultante es cero, el objeto no cambiará su movimiento de ninguna manera. Dado que la cuerda no se está moviendo inicialmente, eso significa que seguirá sin moverse. ¡Nadie ganará este tira y afloja!
Ahora, supongamos que alguien de la izquierda se suelta, de modo que la fuerza ejercida en el extremo izquierdo de la cuerda cae a 1200 N, mientras que la fuerza de la derecha sigue siendo de 1600 N. Ahora, ¿qué sucede?
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Ahora, la fuerza resultante es 400 N hacia la derecha. Esto significa que el efecto de estas dos fuerzas sobre la cuerda sería el mismo que el efecto de una sola fuerza de 400 N aplicada a la cuerda y dirigida hacia la derecha.
La segunda ley de Newton le dice que, dado que hay una fuerza resultante distinta de cero, la cuerda se acelerará hacia la derecha. Esto significa que comenzará a moverse a la derecha y se acelerará. ¡El equipo de la derecha empieza a ganar!
Finalmente, ¿qué pasaría si una persona de la derecha se soltara también antes de que tiraran de la cuerda hasta la línea de meta? Ahora, la fuerza a la izquierda es 1200 N y la fuerza a la derecha es solo 1000 N.
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Ahora, la fuerza resultante es de 200 N hacia la izquierda. Eso significa que la cuerda comenzará a acelerar hacia la izquierda. Como ya se estaba moviendo hacia la derecha, primero comenzará a disminuir y luego dará la vuelta y acelerará a medida que se mueve hacia la izquierda. ¡El equipo de la izquierda gana el tira y afloja!
Los tres ejemplos anteriores analizaron lo que sucedería si tuvieras fuerzas que tiraran en direcciones opuestas, pero ¿qué pasaría si las fuerzas estuvieran en la MISMA dirección?
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En este caso, sumaría las dos fuerzas en lugar de restarlas, y la fuerza resultante apuntaría en la misma dirección que las dos fuerzas originales. La fuerza resultante sería de 60 N dirigida hacia la derecha.
Resumen de la lección
La fuerza resultante es la fuerza única que produciría el mismo efecto en un objeto que dos o más fuerzas que se aplican al objeto. Para encontrar la fuerza resultante, primero dibuje un diagrama de cuerpo libre , que es un diagrama que muestra todas las fuerzas aplicadas usando flechas en la dirección de cada fuerza. Luego use el diagrama de cuerpo libre para sumar o restar las fuerzas aplicadas y encontrar la fuerza resultante.
Recuerde hacer uso de las dos primeras leyes del movimiento de Newton. Recuerde que la primera ley del movimiento establece que si la fuerza resultante que actúa sobre un objeto es cero, no cambiará su movimiento de ninguna manera (ni la velocidad ni la dirección); y la segunda ley del movimiento establece que si la fuerza resultante NO es cero, el objeto se acelerará en la dirección de la fuerza neta y la aceleración será directamente proporcional a la fuerza resultante e inversamente proporcional a su masa.
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