Fuerzas equilibradas: definición y ejemplos

¿Qué son las fuerzas equilibradas?

Una fuerza es un empujón o un tirón de un objeto, medido en newtons (N). Y si las fuerzas están equilibradas , significa que en todas las direcciones, cualquier empujón y tirón se equilibra con otra fuerza en la dirección opuesta. Entonces, por ejemplo, podría tener un objeto como este:

Esta caja tiene fuerzas equilibradas porque tiene dos newtons empujando hacia arriba balanceados por dos newtons empujando hacia abajo, y cinco newtons a la izquierda balanceados por cinco newtons a la derecha. Las fuerzas en la dirección x están equilibradas y las fuerzas en la dirección y están equilibradas. Si hiciéramos esto en 3D, las fuerzas en la dirección z también tendrían que estar equilibradas.

Pero, ¿qué significan las fuerzas equilibradas? ¿Cuál es la diferencia entre el movimiento de un objeto con fuerzas equilibradas y un objeto con fuerzas no equilibradas?

Primera ley de Newton

La primera ley del movimiento de Newton nos dice lo que significa todo esto. La primera ley de Newton dice que un objeto en movimiento permanece en movimiento a una velocidad constante, y un objeto en reposo permanece en reposo a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada.

Esto significa que si las fuerzas sobre un objeto están equilibradas, su velocidad se mantendrá constante. Si tiene una velocidad de cero, permanecerá cero. Si se mueve a 10 millas por hora hacia el norte, seguirá moviéndose a 10 millas por hora hacia el norte. La única forma de cambiar su velocidad es aplicar una fuerza desequilibrada.

El papel de la fricción

Pero espera un minuto. Eso no parece encajar con la vida cotidiana. Si le das un buen empujón a un carrito de la compra y lo sueltas, no seguirá funcionando para siempre a una velocidad constante. Después de un tiempo, se detiene y ya no lo tocas para aplicar una fuerza desequilibrada. Entonces, ¿cómo funciona esto?

El problema de aplicar la primera ley de Newton en la Tierra es que hay muchas fuerzas en las que la gente no piensa. Si empuja el carrito de la compra y lo suelta, todavía hay una fuerza desequilibrada incluso después de que abandona su mano. El suelo tiene fricción, y esa fricción aplica una fuerza al carrito de compras para frenarlo hasta detenerse. Entonces, el carrito de compras no es realmente un ejemplo de fuerzas equilibradas.

Ejemplos de baja fricción

En el espacio, hay menos fricción y resistencia al aire de las que preocuparse. Si un astronauta lanza una pelota al espacio, ¡seguirá funcionando casi para siempre! Una vez que la pelota ha salido de la mano del astronauta, no hay fuerzas sobre la pelota, por lo que seguirá a una velocidad constante.

O piense en una pista de patinaje sobre hielo; un pequeño empujón puede hacer que sigas hasta la pared de la pista. Eso es porque no hay mucha fricción, por lo que las fuerzas están más equilibradas de lo que normalmente estarían.

Un ejemplo de fuerzas equilibradas

Echemos un vistazo a un ejemplo más: un avión. Un avión tiene varias fuerzas que actúan sobre él: la fuerza de gravedad (peso) que actúa hacia abajo, la sustentación creada por las alas que actúan hacia arriba, la resistencia del aire (arrastre) que intenta reducir su velocidad y la fuerza de empuje hacia adelante creada por el motor. Si ajusta sus controles para que esté volando el avión a una velocidad constante, entonces estas fuerzas deben equilibrarse. La fuerza de arrastre es igual a la fuerza del motor y la fuerza de elevación es igual a la fuerza del peso.

Resumen de la lección

Las fuerzas equilibradas son cuando cada fuerza aplicada a un objeto es anulada por otra fuerza que apunta en la dirección opuesta. La primera ley del movimiento de Newton nos dice lo que esto significa. La primera ley de Newton dice que un objeto en movimiento permanece en movimiento a una velocidad constante, y un objeto en reposo permanece en reposo a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada. Entonces, un objeto con fuerzas equilibradas se moverá a una velocidad constante (aunque esa velocidad podría ser simplemente cero).

Este concepto puede ser difícil de imaginar porque estamos acostumbrados a que los objetos aparentemente se detengan por sí mismos, como cuando empujamos un carrito de compras y lo soltamos, y finalmente se detiene. Pero la única razón por la que se detiene es porque la fricción aplica una fuerza desequilibrada. En el espacio, es más fácil ver que los objetos con fuerzas equilibradas pueden seguir moviéndose a una velocidad constante.

Los resultados del aprendizaje

Esta lección sobre fuerzas equilibradas podría prepararlo para:

• Comprender las fuerzas equilibradas en física.
• Resalte el papel de la primera ley de movimiento de Newton en fuerzas equilibradas
• Reconocer la forma en que la fricción afecta las fuerzas equilibradas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador