¿Alguna vez ha sacado la mano de un automóvil o autobús a toda velocidad? El aire empuja tu mano en dirección opuesta al movimiento del vehículo. Un objeto que cae desde, por ejemplo, una mesa, se ralentiza posteriormente porque cierta fuerza frena su caída actuando en la dirección opuesta a su movimiento. En ambos casos, la atmósfera ejerce cierta fuerza sobre los objetos, lo que ralentiza su movimiento. La fuerza y su fórmula se discuten a continuación.
Resistencia del aire
La fuerza que ejerce el aire sobre las cosas que se mueven a través de él se conoce como resistencia del aire. Los científicos se refieren comúnmente a esta fuerza como arrastre o fuerza de arrastre. Por lo general, esta fuerza se aplica en la dirección opuesta al movimiento del objeto, lo que lo ralentiza.
La fuerza de fricción de la resistencia del aire actúa sobre el cuerpo en movimiento. Cuando un cuerpo se mueve, la resistencia del aire lo frena. Cuanto mayor es el movimiento del cuerpo, mayor es la resistencia del aire que se le impone. La resistencia del aire afecta a todos los objetos en movimiento, incluidas bicicletas, automóviles, trenes, cohetes, aviones e incluso cuerpos vivos. Como es evidente en la imagen de abajo, la resistencia del aire también actúa sobre los cuerpos que caen libremente, en la dirección opuesta a la fuerza de la gravedad.
Ejemplos
- Aterrizaje con paracaídas: La fuerza de resistencia del aire es particularmente significativa en la operación de un paracaídas. Cuando un paracaidista se sumerge y abre su paracaídas, el aire resiste el salto. La velocidad con la que el paracaídas se acerca a la tierra disminuye debido a la resistencia que produce el aire. La fuerza de gravedad empuja el paracaídas hacia abajo, mientras que la fuerza de resistencia del aire tira del paracaídas hacia arriba. Como resultado, la fuerza de resistencia del aire ayuda al individuo a aterrizar suavemente en el suelo.
- Caminar en una tormenta: Caminar en un clima inclemente es frecuentemente un desafío. El individuo siente un grado significativo de resistencia al caminar en la dirección del viento, lo que provoca dificultades para caminar. La misma razón hace que sostener un paraguas en la mano sea difícil ante un fuerte viento.
- Aviones: el motor, las alas y las hélices de un avión están construidos de tal manera que se puede crear suficiente empuje para ayudar al avión a superar la fuerza de resistencia del aire. La turbulencia también es causada por la fricción que introduce el aire. Sin embargo, la resistencia del aire no plantea un problema en el caso de un cohete, ya que un cohete debe ir al espacio, que es un entorno desprovisto de aire y, por lo tanto, libre de la fuerza de resistencia del aire.
Fórmula
La fórmula para la resistencia del aire se da de la siguiente manera:
Aire justo = cv 2
dónde,
- F air representa la fuerza de la resistencia del aire.
- c se refiere a la constante de fuerza
- v representa la velocidad del objeto.
Problemas de muestra
Pregunta 1. Calcula la resistencia del aire si un objeto que se mueve a 50 ms -1 tiene una constante de fuerza de 0,05.
Solución:
Dado: v = 50 ms -1 y c = 0,05
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
= (0.05)(50) 2
Aire justo = 125 N
Pregunta 2. Calcula la resistencia del aire si un objeto que se mueve a 40 ms -1 tiene una constante de fuerza de 0,08.
Solución:
Dado: v = 40 ms -1 y c = 0,08
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
= (0.08)(40) 2
Aire justo = 128 N
Pregunta 3. Calcula la constante de fuerza si un objeto que se mueve a 30 ms -1 experimenta una resistencia del aire de 20 N.
Solución:
Dado: v = 30 ms -1 y F aire = 20 N
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
20 = c(30) 2
c = 20/900
c = 0,023
Pregunta 4. Calcula la constante de fuerza si un objeto que se mueve a 20 ms -1 experimenta una resistencia del aire de 50 N.
Solución:
Dado: v = 20 ms -1 y F aire = 50 N
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
50 = c(20) 2
do = 50/400
c = 0,125
Pregunta 5. Calcula la resistencia del aire si un objeto que se mueve a 30 ms -1 tiene una constante de fuerza de 0,02.
Solución:
Dado: v = 30 ms -1 y c = 0,02
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
= (0.02)(30) 2
Aire justo = 18 N
Pregunta 6. Calcula la velocidad de un objeto si su resistencia del aire es de 40 N y la constante de fuerza es de 0,5.
Solución:
Dado: F aire = 40 N y c = 0,5
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
v 2 = Aire justo /c
v2 = 40/0,5
v2 = 80
v = 8,94 m/s
Pregunta 7. Calcula la velocidad de un objeto si su resistencia del aire es de 32 N y la constante de fuerza es de 0,04.
Solución:
Dado: F aire = 32 N y c = 0,04
La fórmula para la resistencia del aire es F aire = cv 2
Sustituye los valores dados en la fórmula anterior. Después,
v 2 = Aire justo /c
v2 = 32/0,04
v2 = 800
v = 28,28 m/s
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por parmarraman44 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA