Determinación de las fuerzas individuales que actúan sobre un objeto
Tipos de fuerzas
Mira a tu alrededor. Hay todo tipo de objetos fijos y móviles. Todos estos objetos tienen fuerzas que actúan sobre ellos, pero pueden ser diferentes para cada objeto. ¿Cómo sabemos qué fuerzas actúan sobre un objeto dado? Lo primero que debemos hacer es revisar los tipos de fuerzas que pueden actuar sobre un objeto. Hay algunos tipos básicos que debe conocer para el propósito de esta lección.
La gravedad es una fuerza con la que está muy familiarizado porque es el peso de un objeto. La gravedad es lo que te lleva a la Tierra, pero ciertamente no necesitas estar en contacto con el suelo para que la gravedad tenga un efecto en ti. Frente a la gravedad está la fuerza normal . Esta es la fuerza que equilibra el peso de un objeto sobre una superficie. El suelo sostiene sus pies con la fuerza normal para que no se caiga al suelo, al igual que una mesa sostiene un libro con la fuerza normal mientras descansa allí. La fuerza normal es siempre igual en magnitud y opuesta en dirección a la gravedad.
Un objeto también puede tener fricción actuando sobre él. La fricción es una fuerza que ocurre cuando dos objetos se frotan entre sí, restringiendo o impidiendo el movimiento. La resistencia del aire es una fricción que actúa sobre un objeto en el aire, como cuando una pluma flota lentamente hacia el suelo en lugar de caer rápidamente.
La fuerza aplicada es la fuerza que se aplica a un objeto desde otro, como cuando empuja un mueble para moverlo por el suelo. La tensión es la fuerza ejercida a través de un objeto completamente estirado, mientras que la fuerza del resorte es la fuerza ejercida por un resorte comprimido.
Otras dos fuerzas son similares a la gravedad en que actúan sobre objetos que no se tocan. Uno de ellos, la fuerza eléctrica , es la atracción o repulsión entre dos objetos cargados, como lo que vemos entre partículas atómicas como protones y electrones. Finalmente, la fuerza magnética es la fuerza que se ejerce entre dos polos magnéticos, como cuando se juntan los extremos opuestos de dos imanes.
Diagramas de cuerpo libre
La mayoría de las veces, sabrá si se está ejerciendo un imán o una fuerza eléctrica porque esas son situaciones bastante específicas.
Pero para otros objetos, podemos identificar las fuerzas presentes dibujando diagramas de cuerpo libre . Estos son diagramas de vectores de fuerza que proporcionan una representación visual de un objeto y las fuerzas que actúan sobre él. Al dibujar diagramas de cuerpo libre, cada fuerza está representada por una flecha (un vector). El tamaño de la flecha muestra la magnitud relativa de la fuerza, mientras que la dirección en la que apunta la flecha nos dice en qué dirección actúa la fuerza. En un diagrama de cuerpo libre, se usa una caja para representar el objeto y las flechas (las fuerzas) se dibujan hacia afuera desde sus lados.
Una vez que reúna todo esto, es bastante sencillo averiguar qué fuerzas actúan sobre un objeto determinado. Apliquemos nuestro conocimiento de las fuerzas a algunos ejemplos para ver cómo funciona.
Digamos que tenemos un objeto en reposo en el suelo. Sabemos que la gravedad actúa hacia abajo como el peso del objeto, y también sabemos que dado que el objeto descansa sobre una superficie, la fuerza normal se opone a la fuerza gravitacional, ¿verdad? Entonces, en este caso, podemos ver que las fuerzas individuales que actúan sobre este objeto son la gravedad y la fuerza normal. No se mueve y no hay otros objetos que ejerzan fuerzas sobre él, por lo que probablemente podemos suponer que no hay fuerzas horizontales actuando en esta situación.
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¿Qué tal otro ejemplo? Esta vez, alguien empuja nuestro objeto por el suelo. El objeto todavía tiene peso, por lo que sabemos que la gravedad actúa aquí. Dado que la fuerza normal se opone a la gravedad, también sabemos que esta fuerza también se ejerce sobre el objeto. La persona que empuja el objeto aplica una fuerza al objeto, por lo que se aplica una fuerza que mueve el objeto por el suelo. Y dado que el objeto se mueve a través de una superficie, la fricción también debe estar presente, trabajando en contra del movimiento del objeto. Tiene sentido, ¿verdad?
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Probemos con otro, pero complicémoslo un poco. Esta vez, una niña cuelga inmóvil sujetando dos cuerdas atadas al techo. Cada mano sostiene una cuerda para que su peso se distribuya uniformemente entre ellas. ¿Qué fuerzas actúan aquí? Bueno, todavía tiene peso, así que la gravedad la empuja hacia la Tierra. Pero esta vez está suspendida del techo por las cuerdas estiradas, por lo que la fuerza que actúa contra su peso es tensión en lugar de la fuerza normal. Cada cuerda tiene la misma cantidad de tensión, y nuestro diagrama de cuerpo libre lo representa por el tamaño de las flechas que apuntan hacia arriba. ¡No olvide que necesita dos flechas para esta tensión porque cada cuerda ejerce la mitad de la fuerza de tensión total que sujeta a la niña!
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¿Y si esa chica suelta las cuerdas? ¿Qué fuerzas actúan sobre ella cuando cae hacia el suelo? La gravedad definitivamente actúa sobre ella porque la está tirando al suelo (¡y esperemos que no tenga que caer demasiado lejos!). Pero al caer, encuentra fricción en el aire, por lo que la resistencia del aire actúa sobre ella pero en la dirección opuesta a la gravedad.
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Una vez en el suelo, volvemos a ver cómo la gravedad y la fuerza normal actúan sobre ella mientras se recupera de su caída.
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Resumen de la lección
Identificar qué fuerzas actúan sobre un objeto es bastante sencillo. Debe comprender los diferentes tipos de fuerzas y cómo afectan a los objetos, como la gravedad que empuja los objetos hacia abajo o la fricción que actúa contra el movimiento de un objeto. Luego, si le ayuda, puede dibujar un diagrama de cuerpo libre. Ilustrar las fuerzas vectoriales junto con el objeto de interés puede proporcionar una buena representación visual de las fuerzas individuales y en qué dirección actúan.
Resultados de la lección
Mire y revise esta lección en su totalidad para:
- Repita los nueve tipos diferentes de fuerza mencionados en la lección y dé ejemplos de cada uno.
- Indique el propósito de un diagrama de cuerpo libre y demuestre cómo usar uno
- Identificar las diferentes fuerzas que actúan sobre un objeto.
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