En nuestra vida cotidiana, se observa que se requiere cierto esfuerzo para poner en movimiento un objeto en estado de reposo o para detener un cuerpo en movimiento. es experimentar esto como un esfuerzo muscular y decir que debemos empujar o tirar de un objeto para cambiar su estado de movimiento. El concepto de fuerza se basa únicamente en este empujón, golpe o tirón.
Por lo tanto, la fuerza se puede definir como un empujón, un tirón o un golpe sobre cualquier objeto que provoca un cambio en su estado de movimiento. Una fuerza es ejercida sobre un objeto por otro.
ej.: Cuando se empuja una caja, esta se mueve hacia adelante y cambia su estado de movimiento, por lo tanto podemos decir que cuando se le aplica una fuerza a la caja en forma de empujón, cambia su estado de reposo a movimiento. De manera similar, supongamos que una caja está atada con una cuerda y es jalada por una persona, entonces la caja cambiará su estado de reposo y comenzará a moverse en la dirección del tirón. Este es otro ejemplo de Fuerza.
Se aplica una fuerza a la caja en forma de empujón.
La fuerza también puede cambiar la forma y el tamaño de cualquier objeto. Cuanto mayor sea la fuerza aplicada, más cambios se observarán en la forma y el tamaño de cualquier objeto.
Por ejemplo: Cuando se aplica una fuerza a una pelota de goma esférica, cambia su forma de esférica a oblonga.
Otro ejemplo puede ser un resorte de goma, ya que cuando se aplica una fuerza a un resorte en forma de tracción, se expande y, por lo tanto, cambia de forma.
Debido a la aplicación de fuerza, la forma de una pelota cambió.
De esta manera, la fuerza tiene muchas aplicaciones en nuestra vida cotidiana, como la fuerza debida al pie que empuja el pedal al andar en bicicleta, la fuerza aplicada por el bate por la pelota. Un caso general para la existencia de la fuerza normal es cuando una persona se para en el suelo, es decir, el suelo ejerce una fuerza sobre la persona que es igual en magnitud al peso de la persona.
Efectos de la fuerza
De los ejemplos anteriores, varios efectos de la fuerza se pueden resumir de la siguiente manera:
- Puede cambiar el estado de movimiento de un cuerpo.
- Puede cambiar la dirección del cuerpo en movimiento.
- Puede cambiar el tamaño o la forma de un cuerpo.
- Puede acelerar la velocidad del cuerpo en movimiento.
- Puede ralentizar la velocidad del cuerpo en movimiento.
tipos de fuerzas
Hay dos tipos de Fuerzas dependiendo de si el efecto de la fuerza se ve o se siente o no. Estos son los siguientes:
1) fuerza equilibrada
2) Fuerza desequilibrada
Fuerzas Equilibradas
La fuerza igual y opuesta que actúa sobre un objeto que no cambia el estado de reposo o de movimiento de ese objeto se conoce como fuerza equilibrada .
Se dice que las fuerzas que actúan sobre un objeto están en equilibrio (o si no actúan fuerzas sobre él) cuando el objeto que no se mueve permanece inmóvil o el que se mueve continuamente con la misma velocidad y en la misma dirección. Por lo tanto, los tipos de fuerzas en los que la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto es cero se conocen como fuerzas equilibradas .
Por ejemplo: Cuando un bloque de madera se mantiene sobre una mesa y se aplican fuerzas iguales en ambos lados del bloque, entonces el bloque no se moverá en ninguna dirección.
Fuerzas equilibradas que actúan sobre el bloque.
Claramente, las fuerzas están balanceadas cuando se aplica una fuerza de 120 N tanto a la izquierda del bloque como a la derecha del bloque. La fuerza neta que actúa sobre la caja debe ser igual a la diferencia entre las dos fuerzas F 1 y F 2 :
F = F 1 – F 2 = 120 N – 120 N = 0 N.
Dado que la fuerza resultante/neta es cero, el bloque no cambiará su estado de reposo.
Otro ejemplo puede ser el de una caja colocada sobre la superficie rugosa, de modo que si la caja se empuja con una fuerza pequeña, la caja no cambia de posición o permanece en reposo debido a que la fuerza de rozamiento actúa en sentido contrario al que la empuja. Esto significa que la caja equilibra la fuerza de empuje que actúa sobre ella con la fuerza de fricción entre la caja y la superficie, de la misma cantidad y, por lo tanto, la caja no se mueve.
Fuerzas desequilibradas
La fuerza desigual y opuesta que actúa sobre un objeto, que tiende a mover el objeto en la dirección de la fuerza mayor aplicada, se conoce como fuerza desequilibrada .
Se dice que las fuerzas que actúan sobre un objeto son fuerzas desequilibradas cuando la fuerza neta sobre el objeto no es cero. Cuando las fuerzas netas que actúan sobre el objeto dan como resultado una fuerza desequilibrada, por lo que la fuerza acelera el objeto. Esto significa que una fuerza neta que actúa sobre el objeto puede cambiar la dirección o la magnitud de su velocidad.
Por ejemplo: Considere el mismo caso de la caja que se describe en la fuerza equilibrada, con la diferencia de que las dos fuerzas aplicadas son de diferentes magnitudes en los lados opuestos del bloque, por lo que el bloque se mueve en la dirección de la fuerza mayor.
Fuerzas equilibradas que actúan sobre el bloque.
Claramente, las fuerzas están desequilibradas ya que se aplica una fuerza de 120 N a la izquierda del bloque mientras que se aplica una fuerza de 60 N a la derecha del bloque.
La fuerza neta que actúa sobre la caja debe ser igual a la diferencia entre las dos fuerzas F 1 y F 2 :
F = F 1 – F 2 = 120 N – 60 N = 60 N.
Dado que F 1 es la fuerza mayor, el bloque se moverá en la dirección de F 1 .
Entonces, se concluye que un objeto se mueve con una velocidad constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre el objeto están equilibradas y no hay una fuerza externa neta que actúe sobre él.
Cuando se aplica una fuerza desequilibrada al objeto, habrá un cambio en su velocidad o en la dirección de su movimiento.
Así, para acelerar el movimiento de un objeto, se requiere una fuerza desequilibrada. Y el cambio en su velocidad (o en la dirección del movimiento) continuaría mientras se aplicara esta fuerza desequilibrada.
Unidades de fuerza
Como la fuerza tiene tanto magnitud como dirección, entonces es una cantidad vectorial .
La dirección de la fuerza se puede representar simplemente con la ayuda de una flecha, mientras que para representar la magnitud de la fuerza se requieren algunas unidades de medida. Entonces, las unidades estándar de fuerza son las siguientes:
- La fuerza se puede expresar en Newton (N), en el sistema internacional estándar de la unidad (unidad SI).
- Mientras que, en dina, en el centímetro gramo segundo sistema de unidad (unidad CGS).
Nota : En la unidad base del SI, Newton equivale a Kg m/s 2
Representación de la Fuerza
La fuerza se indica con el símbolo (F). La cantidad de fuerza se puede expresar mediante el producto vectorial de la masa (m) y la aceleración (a). Entonces, la representación matemática de la fuerza se puede escribir de la siguiente manera:
F = metro × un
donde, F es la fuerza, m es la masa del objeto y a es la aceleración obtenida.
Ahora, dado que la aceleración es el cambio en la velocidad del cuerpo en movimiento, por lo tanto, otra representación matemática de la fuerza se puede escribir de la siguiente manera:
F = metro × un
Ya que,
a = (vu)/t
Asi que,
F = m × (vu)/t
donde, u y v son las velocidades inicial y final respectivamente y t es el tiempo empleado.
Problemas Resueltos
Problema 1: Supongamos que se tiene una caja de 2 kg de masa. ¿Cuánta fuerza se debe aplicar a la caja para que viaje con una aceleración de 8 m/s 2 ?
Solución:
Dado que,
La masa de la caja, m = 2 kg y
La aceleración de la caja a = 8m/s 2 .
La fórmula para calcular la fuerza es:
F = metro × un
Entonces, al poner el valor de ‘m’ y ‘a’ en la ecuación anterior como:
F = 2 kg × 8 m/s 2
= 16 kg m/s 2 o 16 N.
Problema 2: Una bola de 2 kg de masa se mueve con una velocidad inicial de 5 m/s y de repente se detiene en 0,02 s. Calcula la fuerza que cambió el estado de la bola en movimiento.
Solución:
Dado que,
La velocidad inicial de la pelota, u = 5 m/s,
La velocidad final de la pelota, v = 0 m/s,
El tiempo empleado, t = 0,02 s.
La fórmula para calcular la fuerza es:
F = metro × un
donde, m es la masa y a es la aceleración.
y la fórmula para calcular la aceleración es:
a = (vu)/t
donde, t es el tiempo empleado, v y u son las velocidades inicial y final de la pelota.
Sustituya (vu)/t por a en la primera expresión de fuerza como:
F = m × (vu)/t
Ahora, poniendo los valores dados en la expresión anterior para calcular la fuerza.
a = (0-5)/0.02 = -250 m/s 2 [el signo -ive simplemente representa la aceleración negativa conocida como retardo]
al poner este valor en la ecuación 1, obtenemos
F = 2 kg × (0 m/s – 5 m/s)/0,02 s = 2 kg × -250 m/s 2 = 500 N.
Problema 3: Si se coloca un bloque sobre una mesa de madera tal que en un lado del bloque se aplica una fuerza de 100 N y en el otro lado se aplica una fuerza de 40 N. ¿Se moverá el bloque? En caso afirmativo, especifique la magnitud de la fuerza y la dirección de la fuerza.
Solución:
Dado que,
La fuerza aplicada desde un lado del bloque, F 1 = 100 N y
La fuerza aplicada desde el otro lado del bloque, F 2 = 40 N.
La fuerza resultante se puede calcular como la diferencia entre las dos fuerzas, que es:
100 norte – 40 norte = 60 norte .
Dado que la fuerza resultante no es cero, el bloque seguramente se moverá en la dirección de F 1 ya que F 1 es una fuerza mayor en comparación con F 2 .
Problema 4: Un bloque de 13 kg se desliza por el suelo con velocidad constante. ¿Cuál es la fuerza neta sobre el bloque?
Solución:
Dado que,
La masa del bloque, m = 13 kg.
Dado que el bloque se desliza con una velocidad constante, la aceleración neta será cero, es decir, a = 0 m/s 2 .
La fórmula para calcular la fuerza es:
F = metro × un
Ponga todos los valores dados en la expresión anterior para calcular la fuerza.
F = 13 × 0 m/s 2 = 0 norte .
Problema 5: ¿Cuál es la diferencia entre las fuerzas equilibradas y desequilibradas?
Solución:
Las diferencias entre las fuerzas equilibradas y desequilibradas son las siguientes:
Fuerzas Equilibradas
Fuerzas desequilibradas
1. La fuerza resultante es cero. La fuerza resultante no es cero. 2. No cambia el estado del resto de un cuerpo. Puede cambiar el estado del resto de un cuerpo. 3. No puede producir ninguna aceleración. Puede producir una aceleración. 4. No puede cambiar la dirección del cuerpo. Puede cambiar la dirección del cuerpo. 5. Las fuerzas son iguales en magnitud. Las fuerzas son desiguales en magnitud.
Problema 6. Las dos bolas con masas de 10 kg y 20 kg respectivamente. Sus respectivas aceleraciones son 20 m/s 2 y 40 m/s 2 . Encuentre la razón de sus fuerzas respectivas .
Solución :
La masa de la primera bola, m 1 = 10 kg.
La masa de la segunda bola, m 2 = 20 kg.
La aceleración de la primera bola, a 1 = 20 m/s 2 .
La aceleración de la segunda bola, a 2 = 40 m/s 2 .
Usando las fórmulas:
F 1 = metro 1 × un 1 y
F 2 = metro 2 × un 2
Por lo tanto,
F 1 = 10 kg x 20 m/s 2 = 200 N
Similarmente,
F 2 = 20 kg x 40 m/s 2 = 800 N
Por eso,
F 1 : F 2 = 200 norte : 800 norte = 1 : 4 .
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por tanyagarg3434 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA