Fórmula de fuerza promedio

Una fuerza se define comúnmente como empujar o tirar de un elemento debido al contacto de un elemento con otro. Cuando tal interacción ocurre entre dos cosas, se ejerce una fuerza sobre ambos elementos. Tal interacción conduciría a un ejercicio de fuerza sobre cada uno de los elementos. A veces se pueden aplicar múltiples fuerzas a un solo objeto. En tal situación, se requiere calcular la fuerza promedio, que se analiza a continuación.

Fuerza promedio

La fuerza generada por un elemento que viaja a una determinada velocidad, es decir, velocidad, durante un período de tiempo determinado se denomina fuerza promedio. 

El término ‘promedio’ se usa para indicar que esta velocidad no se mide con precisión ni es ‘instantánea’. Como resultado, la fuerza promedio es igual al producto de la masa y la velocidad promedio durante la duración dada. La cantidad y la dirección de la fuerza promedio son ambas variables vectoriales.

Fórmula

Si el período de tiempo se denota por t, la fuerza será la periodicidad del cambio de cantidad de movimiento. Cuando hay varios períodos de tiempo, la fuerza promedio es la tasa de variación del impulso.

Se expresa como la siguiente fórmula:

dónde,

• m representa la masa del objeto
• V _f y _Vi son los valores final e inicial de la velocidad, respectivamente
• Δt es el tiempo.

Problemas de muestra

Pregunta 1. Una pelota de 4 kg de masa rueda a 6 m/s durante 12 segundos. Calcula su fuerza media.

Solución:

Dado: m = 4 kg, V _i = 0 m/s, V _f = 6 m/s, Δt = 12 s

Ya que, F = 

⇒ F = 4 (6 – 0)/12

F = 2 norte

Pregunta 2. Un automóvil de 600 kg de masa que viaja a 20 m/s se detiene por completo en 5 segundos. ¿Cuál es la fuerza de frenado típica?

Solución:

Dado: m = 600 kg, V _i = 20 m/s, V _f = 0 m/s, Δt = 5 s

Dado que, v = u + en

⇒ a = v – u/t

⇒ a = 0 – 20/5 = -4 m/s

Ya que, F = ma

⇒ F = 600×4

F = 2400 N

Pregunta 3. ¿Cuál sería la fuerza promedio sobre un objeto de 50 kg de masa, si rodara a 6 m/s durante 3 segundos?

Solución:

Dado: m = 50 kg, Vi = 0 m/s, Vf = 6 m/s, Δt = 5 s

Ya que, F = 

⇒ F = 4 (6 – 0)/3

F = 8 norte

Pregunta 4. ¿Cuánta fuerza promedio se necesitaría para detener un objeto con momento p en 0.5 segundos?

Solución:

Dado: Momento inicial = P _i = p

Momento final = P _f = 0

Fuerza media = ΔP/Δt

= 0 – p/0,5

F = 2p norte

Pregunta 5. ¿Cuánta fuerza promedio se necesitaría para detener un objeto con momento 4 en 2 segundos?

Solución:

Dado: Momento inicial = P _i = 4

Momento final = P _f = 2

Fuerza media = ΔP/Δt

= 0 – 4/2

F = 2 norte