Fuerza
La fuerza es empujar o tirar.
Las fuerzas desequilibradas hacen que un objeto acelere
Equilibrio
Las fuerzas sobre un objeto suelen estar equilibradas: las fuerzas en una dirección son iguales a las fuerzas en la dirección opuesta:
Ejemplos
de fuerzas equilibradas.
No hay aceleración.
Ejemplo: las fuerzas están en equilibrio en la parte superior de este puente.
Los cables tiran hacia abajo por igual hacia la izquierda y hacia la derecha, y eso se equilibra con el empuje hacia arriba de la torre. (¿La torre empuja? ¡Sí! Imagínate que estás allí parado en lugar de la torre).
Podemos modelar las fuerzas de esta manera:
Al ponerlos juntos, vemos que se cierran sobre sí mismos, lo que significa que el efecto neto es cero:
Las fuerzas están en equilibrio.
Desequilibrio
Pero cuando las fuerzas están desequilibradas, el objeto acelera.
Ejemplos
de fuerzas desequilibradas.
Hay aceleración.
Patear una pelota es una fuerza desequilibrada que la hace acelerar muy rápidamente.
Una vez que pierde el contacto con el pie, esa fuerza (y su aceleración) se detiene.
La pelota continuaría viajando en línea recta a una velocidad fija, excepto que otras fuerzas actúan sobre la pelota:
- La gravedad es ahora una fuerza desequilibrada que hace que la pelota se acelere hacia abajo.
- La resistencia del aire también es una fuerza desequilibrada que reduce gradualmente la velocidad de la pelota.
Aceleración: un aumento o disminución de la velocidad.
Una disminución de la velocidad también se puede llamar desaceleración.
La fuerza y la aceleración están vinculadas.
Cuanta más fuerza, más aceleración.
Pero los objetos con más masa son más difíciles de acelerar.
Cuanto más masa, menos aceleración.
Imagínese tratando de patear una pelota de piedra:
La famosa fórmula es:
F = ma
"Segunda
ley del movimiento de Newton"
( F
es la fuerza, m es la masa y a es la aceleración)
Dividir ambos lados por m lo hace más evidente:
La idea de que la masa resiste la aceleración se llama inercia.
Inercia significa que el objeto quiere continuar haciendo lo que hace.
Si está en reposo (en relación con nosotros), continúa en reposo. Si se mueve hacia el este a 20 m/s, continúa moviéndose hacia el este a 20 m/s. etc.
Este petrolero tiene una gran inercia. Es:
- difícil de acelerar
- difícil reducir la velocidad cuando se está moviendo (puede tomar muchos kilómetros para detenerse)
- difícil de cambiar de dirección
¡Parece que a la masa no le gusta que la empujen!
Newtons
En honor a Sir Isaac Newton, la unidad de fuerza es Newton (la abreviatura es N).
Un Newton es la fuerza que se necesita para hacer que 1 kg cambie su velocidad en 1 m/s cada segundo .
Los dos lotes de "/ s" (por segundo) se convierten en "/s2" (por segundo al cuadrado), por lo que:
1 Newton es 1 kg m/s2 (kilogramo metro por segundo al cuadrado)
Ejemplo: un automóvil de 2000 kg pasa de 0 a 15 m/s en 5 segundos. ¿Cuál es la fuerza?
La aceleración es de 15 m/s durante 5 segundos, o 15 m/s 5 s = 3 m/s s = 3 m/s2
Ahora calculemos la fuerza:
La fuerza es de 6 kN (6 kiloNewtons).
Las fuerzas son interacciones
En palabras de Sir Isaac Newton (su Tercera Ley del Movimiento):
"A toda acción siempre se opone una reacción igual"
Hoy decimos "Toda acción tiene una reacción igual y opuesta en dirección"
También dio este ejemplo:
"Si presionas una piedra con el dedo, el dedo también es presionado por la piedra".
Vector
La fuerza tiene magnitud y dirección. Entonces es un vector:
La aceleración también tiene magnitud y dirección. Entonces también es un vector.
Cálculos
Lee la página dedicada a los cálculos sobre fuerzas
Relativo
Nota: cuando decimos que algo está "en reposo" o "moviéndose a 4 m/s" nos olvidamos de decir "en relación conmigo" o "en relación con el suelo", etc.
Piensa en esto: ¿estás realmente quieto? Estás en el planeta Tierra, que gira a 40,075 km por día (aproximadamente 1675 km/h o 465 m/s) y se mueve alrededor del Sol a aproximadamente 100,000 km/h, que a su vez se mueve a través de la Galaxia.
¡Todo es relativo!
Resumen
- La fuerza es un empujón o un tirón
- Las fuerzas sobre un objeto pueden estar equilibradas o desequilibradas.
- Las
fuerzas desequilibradas hacen que un objeto acelere
- Más fuerza, más aceleración
- Más masa, menos aceleración (inercia)
- "A toda acción siempre se opone una reacción igual"
Las tres leyes de Newton
En 1687 Newton escribió tres leyes sobre el movimiento, que básicamente son:
- Primera ley: inercia (se necesita fuerza para cambiar la velocidad de un objeto)
- Segunda ley: F = m a
- Tercera
ley: toda acción tiene una reacción igual y opuesta en dirección
¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).
