tipos de fuerzas

La fuerza se puede definir como una acción de empujar o jalar sobre un objeto. Para cualquier fuerza aplicada hay un cambio en el movimiento, estado, forma, tamaño, etc. de un objeto. La fuerza tiene tanto magnitud como dirección, ya que es una cantidad vectorial. Se puede medir con una balanza de resorte colocando el objeto en su extremo de gancho.

Las fuerzas son de orden de largo o corto alcance. Las fuerzas electrostáticas son fuerzas de largo alcance, así como la fuerza gravitatoria también es una fuerza de largo alcance.

El estado de ‘reposo’ de un objeto se considera que es la velocidad cero, como-

Un objeto no puede moverse por sí mismo.
Un objeto no puede cambiar su velocidad por sí mismo.
Un objeto no puede cambiar su dirección por sí mismo.
Un objeto no puede cambiar por sí mismo.
Una fuerza puede hacer que un objeto se mueva desde el reposo.
Una fuerza puede cambiar la velocidad de un objeto en movimiento.
Una fuerza puede cambiar la dirección de un objeto en movimiento.

Dos fuerzas aplicadas en la misma dirección se suman para dar la fuerza resultante y aquellas que se aplican en direcciones opuestas, la fuerza resultante está en la dirección de mayor fuerza aplicada.

La unidad SI de fuerza es Newton (N) .

La fórmula de la fuerza está dada por

F = mamá

Dónde

F = Fuerza que actúa sobre el cuerpo

M = Masa del cuerpo

a = aceleración del cuerpo

De la segunda ley de movimiento de Newton, 1N fuerza es una fuerza que genera una aceleración de 1ms ^-2 en un cuerpo de 1kg de masa.

1N = 1kg × 1ms ^-2

1N = 1 kgms ^-2

Algunos otros sistemas de unidades de uso común son el cgs (centímetro-gramo-segundo) y los sistemas británicos. En el sistema cgs, la fuerza tiene como unidad la dina, y es equivalente a g cms ^-2 . Como 1kg=1000 gy 1ms ^-2 =100 cms ^-2 , se sigue que 1N =105 dina. Una dina es una unidad pequeña, que es aproximadamente igual al peso de un milímetro cúbico de agua. (Un newton como sabemos, por otro lado, es aproximadamente el peso de media taza de agua tomada).

Hay dos tipos de fuerzas basadas en la superficie de contacto entre el objeto y la superficie:

Fuerza de contacto

Consta de dos tipos de fuerzas:

fuerza muscular
Fuerza de fricción

Fuerza sin contacto

Consta de tres tipos de fuerzas:

Fuerza electro-estática
Fuerza gravitacional
Fuerza magnética

Fuerza de contacto

Una fuerza de contacto es cualquier fuerza que requiere que ocurra un contacto o, en palabras simples, podemos decir que surge durante el movimiento de un objeto sobre la superficie de otro. Las fuerzas de contacto se generan solo cuando están en contacto y son responsables de las acciones más visibles entre colecciones macroscópicas de materia. Empujar un automóvil por una superficie inclinada o patear una pelota de fútbol a través de una habitación o en un patio de recreo o empujar cualquier bloque de un lugar a otro o cambiar grandes bloques de un lugar a otro son algunos ejemplos cotidianos donde las fuerzas de contacto están en acción.

Hay dos tipos de fuerzas de contacto:

Fuerza de fricción
fuerza muscular

Fuerza de fricción

La fricción es una fuerza entre dos superficies que se deslizan, ruedan o arrastran entre sí. Por ejemplo, si intentamos empujar un objeto como un libro por el suelo, la fricción lo dificulta. La fuerza de fricción o fuerza opuesta siempre trabaja en la dirección opuesta a la dirección en la que el objeto se mueve o intenta moverse. La fricción siempre reduce la velocidad de un objeto en movimiento. La cantidad de fuerza de fricción ejercida depende de los materiales de los que están hechas las dos superficies. A medida que aumentamos el grado de rugosidad en la superficie, se produce más fricción. La fricción también produce calor. Cuando trates de frotarte las manos rápidamente, sentirás que se calientan.

Por ejemplo:

La fuerza de fricción es una fuerza útil porque evita que nuestros zapatos resbalen en el piso cuando caminamos y evita que las llantas de los automóviles patinen en la carretera.
Cuando caminas, se produce fricción entre el hilo de los zapatos y la superficie del suelo. Esta fricción actúa para agarrarse al suelo y evitar el deslizamiento en la carretera.
Los jugadores usan clavos en sus zapatos para mejorar la fricción entre el suelo y los zapatos para que no resbalen.
Los jugadores usan guantes durante el bateo para aumentar la fricción y disminuir las posibilidades de que se les escape el bate de la mano.

A veces queremos reducir la fricción.

Por ejemplo:

Usamos aceite para reducir la fricción entre las partes móviles dentro del motor de un automóvil. El aceite tiende a mantener las superficies separadas para que los objetos puedan fluir fácilmente. La reducción de la fuerza de fricción o fuerza opuesta significa que hay menos desgaste en las partes móviles del automóvil y menos calor producido.
Cuando queremos tener una superficie más lisa para mover un bloque de una habitación a otra usamos lubricantes.
Cuando jugamos a la pelota durante un partido de cricket, usamos alguna sustancia en polvo en nuestras manos para reducir la cantidad de fricción.
Cuando jugamos carambola solemos poner cierta cantidad de polvo en su superficie para reducir la fricción mientras jugamos.

La fuerza de fricción tiene la siguiente fórmula:

$F=\muN$

Donde F= fuerza de fricción

$\mu=$ coeficiente de fricción

N = fuerza de reacción normal

fuerza muscular

Nuestros músculos ejercen una fuerza sobre el otro cuerpo cuando tratamos de levantarlo, doblarlo o de cualquier manera tratamos de perturbar su estado de reposo. Esta fuerza ejercida se llama fuerza muscular. Muchas actividades como levantar un objeto, caminar en el suelo, correr, agacharse, boxear requieren fuerza muscular.

Es una fuerza de contacto porque la fuerza muscular solo se puede ejercer en el contacto físico como caminar, correr, saltar, etc. o una fuerza muscular se llama fuerza de contacto porque los músculos de nuestro cuerpo están en contacto directo con el objeto mientras aplica fuerza. En palabras simples, es una fuerza que resulta de la acción de los músculos y es una fuerza de contacto ya que hay contacto entre las superficies. Se requiere fuerza muscular cada vez que se produce el movimiento del cuerpo.

Por ejemplo:

Las fuerzas musculares también pueden ser necesarias para caminar, levantar objetos, levantarse de un asiento, cruzar una pierna.
En un juego de tira y afloja, gana el equipo que tira de la cuerda con mayor fuerza, ya que la cuerda va en la dirección de mayor fuerza.
Siempre que vamos a levantar un libro o cualquier objeto necesitamos aplicar una fuerza mayor que la fuerza de reacción ejercida por el objeto.

Fuerza sin contacto

Una fuerza sin contacto es una fuerza que actúa sobre un objeto sin entrar físicamente en contacto con él. La gravedad es la fuerza sin contacto más familiar, que confiere peso. En contraste, una fuerza de contacto es una fuerza aplicada a un cuerpo por otro cuerpo que está en contacto con él o, en otras palabras, Fuerzas que surgen sin el contacto de 2 o más objetos involucrados. Los tipos de fuerzas sin contacto son:

Fuerza gravitacional.
Fuerza magnética.
Fuerza electro-estática.

Fuerza gravitacional:

Gravedad, también llamada gravitación, en mecánica, la fuerza de atracción universal que actúa entre todas las materias. Todos los cuerpos tienen un peso en la Tierra, o fuerza de gravedad hacia abajo, proporcional a sus masas. La gravedad se mide por la aceleración que da a los objetos que caen libremente. En otras palabras, la fuerza gravitacional es una fuerza ejercida por la tierra sobre todos los objetos sobre ella. La Fuerza Gravitacional nos rodea dondequiera que estemos. Está presente cuando estamos sentados, jugando, caminando, lanzando y en todas partes. No solo la Tierra sino cualquier otro cuerpo celeste masivo ejerce una atracción gravitacional. Puede ser mayor, igual o menor que la fuerza gravitacional de la Tierra, pero está presente hasta cierto punto.

Por ejemplo:

Cuando se lanza una pelota hacia arriba, cae al suelo debido a la fuerza de la gravedad.
El agua siempre fluye hacia abajo debido a la fuerza gravitatoria.
Cuando lanzamos una manzana hacia arriba, cae debido a la fuerza gravitacional.
Cualquier fruta cae en dirección hacia abajo siempre que también se deba a la fuerza gravitatoria.

Se denota por la ecuación,

$F=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$

Donde, F= fuerza gravitacional

G = constante gravitacional universal

$m_{1}m_{2}$ = producto de masas de dos cuerpos

$r^{2}=$ cuadrado de la distancia entre las dos masas

Fuerza magnética

La atracción o repulsión que surge entre partículas cargadas eléctricamente debido a su movimiento se llama fuerza magnética. La fuerza magnética es consecuencia del electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, y es provocada por el movimiento de las cargas. En palabras simples, dos objetos que contienen carga con la misma dirección de movimiento tienen una fuerza de atracción magnética entre ellos. Si los dos objetos tienen cargas opuestas entonces se repelen.

Se calcula mediante la fórmula dada:

$F=qv B \sin \theta$

Donde, F= fuerza magnética

q= carga de partícula en movimiento

B= campo magnético

$pecado \ theta$ = ángulo entre los vectores de velocidad y campo magnético.

Fuerza electro-estática

La fuerza causada por las cargas eléctricas de manera atractiva y repulsiva entre las partículas se llama fuerza electrostática. La fuerza entre cuerpos estacionarios cargados se conoce convencionalmente como fuerza electrostática. También se conoce como la fuerza de Columba. En palabras simples, la fuerza electrostática es la fuerza que existe entre partículas cargadas eléctricamente u objetos en reposo.

Ejemplos de fuerzas electrostáticas:

Cuando frotamos un pequeño trozo de papel con el aceite en nuestra cabeza con la ayuda de un peine se produce una fuerza electrostática.
Los globos siempre se atraen hacia otro globo cuando uno de ellos se frota con el pelo.
Cuando planchamos ropa de seda, a menudo se pegan después de un tiempo debido a las cargas electrostáticas.
Los rayos también se consideran un ejemplo de fuerza electrostática.

Está dada por la ecuación,

$F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{d^{2}}$

Donde, F= fuerza de atracción electrostática

k= constante de proporcionalidad

$Q_{1}Q_{2}=$ producto de cargas de dos cuerpos

$d^{2}=$ cuadrado de la distancia entre los dos cuerpos

Problemas de muestra

Pregunta 1. ¿Cuál es la fuerza de fricción sobre un objeto si el coeficiente de fricción es 0,50 y la reacción normal ofrecida es 60N?

Solución:

Como la conocemos,

$F=\muN$

Dado, N= 60N,

$\mu=$ 0.50

$\por lo tanto F=0.50\times 60N$

$\por lo tanto F=30N$

Por lo tanto, la fuerza de fricción es de 30 N.

Pregunta 2. ¿Cuál es el coeficiente de fricción si la fuerza de fricción ejercida es de 60N y la reacción normal ofrecida es de 80N?

Solución:

Como la conocemos,

$F=\muN$

Dado, N= 80N

F=60N

$\por lo tanto \mu =\frac{60N}{80N}$

$\por lo tanto \mu =0.75$

Por lo tanto, el coeficiente de fricción es 0.75

Pregunta 3. ¿Cuál es la reacción normal si la fuerza de fricción ejercida es de 50 N y el coeficiente de fricción es de 0,25?

Solución:

Como la conocemos,

$F=\muN$

Dado, F=50N

$\mu=0,25$

$\por lo tanto N=\frac{F}{\mu}$

$\por lo tanto N=\frac{50N}{0.25}$

$\por lo tanto N=200N$

Por lo tanto, la reacción normal que se ofrece es de 200N.

Pregunta 4. ¿Cuál es la fuerza gravitatoria sobre dos cuerpos de masas 2kg y 4kg respectivamente y siendo la constante gravitatoria universal (G) con una separación entre ellos de 4m?

Solución:

Como la conocemos,

$F=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$

Poniendo los valores de la pregunta que obtenemos,

$F=6,6\veces 10^{-11}Nm^{2}kg^{-2}\veces \frac{4\veces 2}{4^{2}}$

Al resolver obtenemos $F=3,3\veces 10^{-11}N.$

Pregunta 5. ¿Cuál es la fuerza gravitatoria sobre dos cuerpos de masas 4kg y 8kg respectivamente y siendo la constante gravitacional universal (G) con una separación entre ellos de 4m?

Solución:

Como la conocemos,

$F=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$

Poniendo los valores de la pregunta que obtenemos,

$F=6,6\times 10^{-11}Nm^{2}kg^{-2}\times \frac{4\times 8}{4^{2}}$

Al resolver obtenemos $F=13.2\times 10^{-11}N.$

Pregunta 6. ¿Cuál es la fuerza gravitacional sobre dos cuerpos de masas 4 kg y 6 kg respectivamente y la constante gravitatoria universal (G) siendo la separación entre los dos cuerpos de 2 m?

Solución:

Como la conocemos,

$F=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$

Poniendo los valores de la pregunta que obtenemos,

$F=6,6\times 10^{-11}Nm^{2}kg^{-2}\times \frac{4\times 6}{2^{2}}$

Al resolver obtenemos $F=39,6\veces 10^{-11}N$ .

Pregunta 7. ¿Cuál es la fuerza electrostática entre dos cargas de carga 4C y 5C que están a una distancia de 4m con constante de proporcionalidad 1?

Solución:

Como la conocemos,

$F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{d^{2}}$

Poniendo los valores dados de la pregunta en la ecuación obtenemos

$F=1\veces \frac{4\veces 5C^{2}}{4^{2}m^{2}}$

Al resolver obtenemos F=1.25N.

Pregunta 8. ¿Cuál es la fuerza electrostática entre dos cargas que tienen el producto de sus cargas como 16 C y están a una distancia de 6 m con una constante de proporcionalidad 1?

Solución:

Como la conocemos,

$F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{d^{2}}$

Poniendo los valores dados de la pregunta en la ecuación obtenemos

$F=1\times \frac{16C^{2}}{6^{2}m^{2}}$

Al resolver obtenemos F=0.45N.

Pregunta 9. ¿Cuál es la fuerza electrostática entre dos cargas de carga (-3C) y (-6C) que están a una distancia de 4m con constante de proporcionalidad 1?

Solución:

Como la conocemos,

$F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{d^{2}}$

Poniendo los valores dados de la pregunta en la ecuación obtenemos

$F=1\veces \frac{-3\veces -6C^{2}}{4^{2}m^{2}}$

Al resolver obtenemos F=1.125N.

Pregunta 10. ¿Cuál es la expresión para calcular la fuerza magnética?

Solución:

Las fuerzas magnéticas se pueden calcular mediante la siguiente ecuación

$F=qv B \sin \theta$

Donde, F= fuerza magnética

q= carga de partícula en movimiento

B= campo magnético

$pecado \ theta =$ ángulo entre la velocidad y los vectores de campo magnético.

Pregunta 11. ¿Cuál es la fuerza magnética ejercida por una carga de 3 C que se mueve con una velocidad de 6 m/s en un campo magnético de 6 T y el valor de sen

*** QuickLaTeX cannot compile formula:
 

*** Error message:
Error: Nothing to show, formula is empty

Solución:

Las fuerzas magnéticas se pueden calcular mediante la siguiente ecuación

$F=qv B \sin \theta$

donde tenemos,

q = 3C

B= 6T

$sin \ theta = 0.5$

v= 6m/s

poniendo los valores que tenemos,

$\por lo tanto F=3\times 6\times 6\times 0.5$

$\por lo tanto F=54N$

Por lo tanto, la fuerza magnética es 54N.

Pregunta 12. ¿Cuál es la fuerza magnética que ejerce una carga de 4C moviéndose con una velocidad de 8m/s en un campo magnético de 8T y el valor de $sen\theta=1$ ?

Solución:

Como la conocemos,

$F=qv B \sin \theta$

donde tenemos,

q = 4C

B = 8 T

$sen\theta=1$

v= 8m/s

Poniendo los valores que tenemos,

$\por lo tanto F=4\times 8\times 8\times 1$

$\por lo tanto F=256N.$

Por lo tanto, la fuerza magnética es 256N.

Pregunta 13. En un juego de tira y afloja, la fuerza aplicada por un equipo fue de 60N y el equipo oponente aplicó una fuerza de 80N. Predecir qué equipo ganará el juego?

Solución:

El equipo que aplicó una fuerza de 80 N ganará el juego porque ya que aplicó una fuerza mayor a los 60 N que aplicó el otro equipo.

Por lo tanto, la fuerza resultante = 80-60 N = 20 N que está en la dirección del otro equipo.

Pregunta 14. Si Ramesh quiere levantar un muñeco de 60 N de peso, ¿cuánta fuerza necesita aplicar para levantarlo?

Solución:

Como sabemos, para levantar el muñeco, necesita aplicar una fuerza mayor a 60 N, que puede ser cualquier fuerza mayor que eso. Porque sabemos que para levantar un objeto tenemos que vencer la fuerza de reacción ejercida por él.

Pregunta 15. Dos niñas juegan a empujar una pelota de 50N de peso. Uno de ellos aplicó una fuerza de 70N y la otra niña aplicó una fuerza de 40N. ¿Cuál de ellos será capaz de mover la pelota y ganar el juego?

Solución:

Como sabemos, para empujar un objeto necesitamos aplicar una fuerza mayor que su peso, por lo tanto, la niña que aplicó una fuerza de 70 N ganará el juego ya que aplicó una fuerza mayor que el peso del objeto. La segunda niña que aplicó una fuerza de 40N perderá ya que la fuerza aplicada por ella no fue suficiente para superar la fuerza de reacción proporcionada por la pelota.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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