Fuerzas: equilibradas y desequilibradas

Las fuerzas vienen en pares

En otra lección, aprendimos sobre la fuerza , que es un empujón o un tirón resultante de una interacción entre objetos. Debido a que una fuerza tiene magnitud y dirección, es una cantidad vectorial . La magnitud es el «cuánto» y la dirección es el «en qué dirección» de la fuerza.

¡Todas las cosas pueden ejercer fuerzas, a veces sin siquiera tocar el otro objeto con el que está interactuando! La fricción , que es la fuerza que actúa sobre un objeto en la dirección opuesta al movimiento, es la resistencia que siente cuando arrastra algo por el suelo. El peso es otra fuerza, pero esta es la fuerza debida a la gravedad. ¡No necesitas tocar la tierra para ser arrastrado hacia ella por la gravedad!

Independientemente de si los objetos se están tocando o no, si hay una interacción, habrá al menos un par de fuerzas en esa interacción. La bolsa que está arrastrando por el suelo ejerce una fuerza que se opone a la fricción. Cuando presiona el pedal del acelerador en su automóvil, el pedal vuelve a presionar su pie. Incluso de pie en el suelo, la gravedad lo empuja hacia abajo y, al mismo tiempo, el piso lo empuja hacia arriba.

Las fuerzas se pueden equilibrar

A menudo, el par de fuerzas está equilibrado , lo que significa que las fuerzas son iguales en tamaño y opuestas en dirección. Cuando esto sucede, el objeto mantendrá su estado de movimiento. Cuando estás parado en una superficie, estás interactuando con el suelo, pero es posible que no lo notes porque las fuerzas en la interacción están equilibradas. La gravedad te empuja hacia abajo tanto como el piso te empuja hacia arriba.

Piense en una canasta grande que cuelga de una cuerda. Si simplemente está colgando sin moverse, la canasta también está involucrada en una interacción y está experimentando fuerzas equilibradas. La tensión hacia arriba en la cuerda tiene la misma magnitud que el peso de la canasta tirando hacia abajo, pero las fuerzas están en direcciones opuestas, por lo que esencialmente se anulan entre sí.

Cuando un objeto permanece en su estado de movimiento, decimos que está en equilibrio mecánico . Esto es cuando no hay ningún cambio en el estado de movimiento de un objeto. Para escribir esto, usamos la ecuación:

Ecuación de equilibrio mecánico

El símbolo ‘sigma’ significa ‘suma vectorial de’ y ‘F’ son las fuerzas. Lo que estamos diciendo es que la suma vectorial de las fuerzas es cero, porque recuerde, la fuerza es una cantidad vectorial, por lo que es la suma de los vectores.

Dado que el equilibrio es un estado de «sin cambios», no se limita a los objetos en reposo. El estado de movimiento también incluye objetos que viajan en línea recta. Y, mientras las fuerzas estén equilibradas, ese objeto seguirá viajando en ese camino en línea recta.

Tome una bola de boliche, por ejemplo. Si envía una bola de boliche rodando por el carril y rueda a una velocidad constante, permanece en equilibrio hasta que golpea los bolos. Esto se debe a que la suma vectorial de las fuerzas sobre la pelota sigue siendo cero, ¡aunque se esté moviendo!

Veamos otro ejemplo. Un avión que vuela a velocidad constante (es decir, que vuela a velocidad y dirección constantes ) está en equilibrio porque el empuje de la hélice lo empuja hacia adelante con la misma magnitud que la resistencia del aire opuesto. Debido a que las fuerzas actúan en direcciones opuestas pero son iguales en magnitud, las fuerzas están equilibradas y el objeto en movimiento está en equilibrio, un estado sin cambios.

Para distinguir entre los dos, especificamos el equilibrio para objetos estacionarios como equilibrio estático y el equilibrio para objetos en movimiento como equilibrio dinámico . Pero recuerde, ambos son equilibrio mecánico.

Las fuerzas pueden estar desequilibradas

Como probablemente haya experimentado, las fuerzas no siempre están equilibradas. Las fuerzas desequilibradas son cuando las fuerzas no son iguales en magnitud, lo que provoca un cambio en el estado de movimiento del objeto.

Si su mesa de café está en reposo en su sala de estar, puede hacer que se mueva empujándola, lo que resulta en una fuerza desequilibrada. ¿Esa bola de boliche de antes? Cuando golpea los pines, hay una nueva interacción con los pines y una fuerza desequilibrada resultante que interrumpe la bola de su trayectoria y derriba los pines.

Las fuerzas desequilibradas pueden considerarse como un movimiento de inicio o detención. Los objetos en reposo no necesitan una fuerza para permanecer en reposo, pero se necesita una fuerza desequilibrada para que se muevan. Asimismo, un objeto en equilibrio dinámico no necesita una fuerza para mantenerlo en movimiento (siempre que no haya fricción). Pero para evitar que continúe a lo largo de su trayectoria en línea recta, se necesita una fuerza desequilibrada.

Resumen de la lección

Una fuerza es el empujón o el tirón resultante de una interacción entre objetos. Aunque puede que no lo parezca, incluso cuando está quieto, está involucrado en una interacción. Estás siendo arrastrado hacia abajo por la gravedad y, al mismo tiempo, el suelo sobre el que estás parado te empuja hacia arriba.

La razón por la que es posible que no note las fuerzas es porque están equilibradas . Esto significa que las fuerzas son iguales en tamaño y opuestas en dirección. El tirón hacia abajo es de la misma magnitud que el empuje hacia arriba, pero en la dirección opuesta, por lo que esencialmente se anulan entre sí.

Los objetos en movimiento también pueden experimentar fuerzas equilibradas, como un avión que vuela por el cielo a una velocidad constante.

Cuando un objeto no cambia en su estado de movimiento, está en equilibrio . Expresamos esto como:

O la suma vectorial de las fuerzas es cero. Usamos el término equilibrio estático para objetos en reposo y equilibrio dinámico para objetos en movimiento que tienen una velocidad constante.

Cuando la magnitud de las fuerzas en una interacción no es igual, las fuerzas están desequilibradas . Se necesita una fuerza desequilibrada para cambiar el estado de movimiento de un objeto en equilibrio, independientemente de si ese objeto está en reposo o moviéndose en línea recta.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, debería poder:

• Definir fuerza
• Diferenciar entre fuerzas equilibradas y desequilibradas
• Describe los dos tipos de equilibrio: estático y dinámico.
• Identificar la ecuación utilizada para representar el equilibrio mecánico.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador