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La fuerza neta es la cantidad total de fuerza que actúa sobre un objeto tomando en cuenta tanto su magnitud como su dirección. [1] X Fuente de investigación Si a un objeto se le aplica una fuerza neta igual a cero, ese objeto permanecerá inmóvil. Si, en cambio, se le aplica una fuerza desequilibrada, o fuerza neta de una magnitud mayor o igual a cero, se producirá una aceleración en ese objeto. [2] X Fuente de investigación Una vez que hayas calculado o medido la magnitud de la fuerza, podrás combinarla fácilmente para hallar la fuerza neta. Si dibujas un simple diagrama de fuerza y te aseguras de etiquetar todas las fuerzas en la dirección correcta, calcular la fuerza neta será pan comido.
Pasos
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Dibuja un diagrama de cuerpo libre. Los diagramas de cuerpo libre son una representación sencilla de un objeto y todas las fuerzas que actúan sobre él, incluyendo la dirección de esas fuerzas. Lee cuidadosamente el problema y dibuja un bosquejo del objeto en cuestión junto con las flechas que representan todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. [3] X Fuente de investigación
- Por ejemplo: calcula la fuerza neta de un objeto que pesa 20 N sobre una mesa y es empujado hacia la derecha con 5 N de fuerza, pero permanece en su lugar debido a una fuerza de fricción de 5 N.
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Establece las direcciones positivas y negativas de las fuerzas. Por convención se usan flechas apuntando hacia arriba o hacia la derecha cuando la fuerza es positiva, y flechas apuntando hacia abajo o hacia la izquierda cuando es negativa. Recuerda que puedes tener varias fuerzas actuando en la misma dirección. Las fuerzas que se opongan entre sí, siempre tendrán signos opuestos (una será positiva y la otra negativa). [4] X Fuente de investigación
- Si vas a trabajar con varios diagramas de fuerza, asegúrate de mantener cierta consistencia en cuanto a las direcciones a lo largo del proceso.
- Etiqueta la magnitud de cada fuerza con un signo "+" o "-" basándote en la dirección de la flecha que dibujaste en el diagrama de fuerzas.
- Por ejemplo: la fuerza de gravedad es una fuerza hacia abajo y por lo tanto es negativa. La fuerza normal se ejerce hacia arriba para hacer que lo anterior sea posible. La fuerza de empuje se ejerce hacia la derecha, por lo tanto, es positiva y la fuerza de fricción actúa en oposición a ella, es decir, hacia la izquierda (por lo tanto es negativa).
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Etiqueta todas las fuerzas. Asegúrate de etiquetar todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. Cuando un objeto está en reposo sobre una superficie existe una fuerza hacia abajo, que es la fuerza de gravedad (F g ) y otra fuerza en dirección opuesta llamada fuerza normal (F n ). Además de estas dos fuerzas, etiqueta al resto de las fuerzas que se mencionan en el problema. Escribe junto a cada etiqueta la magnitud de cada fuerza expresada en Newtons. [5] X Fuente de investigación
- Una forma estandarizada de etiquetar fuerzas, es usar una letra F mayúscula y un subíndice con la primera letra de la fuerza. Por ejemplo, si hay una fuerza por fricción, debes etiquetarla como F f .
- Fuerza de gravedad: F g = -20 N
- Fuerza normal: F n = +20 N
- Fuerza de fricción: F f = -5 N
- Fuerza de empuje: F p = +5 N
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Suma las magnitudes de todas las fuerzas. Ahora que etiquetaste todas las fuerzas con una dirección y una magnitud, solo debes sumar todas las fuerzas. Escribe la ecuación de la fuerza neta (F neta ), donde F neta es igual a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. [6] X Fuente de investigación
- Por ejemplo: F neta = F g + F n + F f + F p = -20 + 20 -5 + 5 = 0 N. Debido a que la fuerza neta es 0 N, el objeto permanecerá inmóvil.
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Haz un gráfico de fuerzas. Cuando hay una fuerza diagonal actuando en un ángulo del objeto, debes hallar los componentes horizontal (F x ) y vertical (F y ) de la fuerza para encontrar su magnitud. Tendrás que usar funciones trigonométricas y el ángulo direccional (por lo general θ "theta"). El ángulo direccional θ siempre se mide en sentido horario partiendo desde el cuadrante positivo del eje x. [7] X Fuente de investigación
- Dibuja el diagrama de fuerzas incluyendo el ángulo de la fuerza diagonal.
- Dibuja las flechas siguiendo la dirección en la que actúa cada fuerza y etiquétalas con la magnitud correspondiente.
- Por ejemplo: dibuja el diagrama de un objeto de 10 N al cual se le aplica una fuerza de 25 N hacia arriba y hacia la derecha, en un ángulo de 45°. También existe una fuerza de fricción de 10 N hacia la izquierda.
- Las fuerzas son F g = -10 N, F n = + 10 N, F p = 25 N, F f = -10 N.
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Calcula (F x ) y (F y ) usando las tres razones trigonométricas básicas (SOH CAH TOA). Usando la fuerza diagonal (F) como hipotenusa de un triángulo rectángulo y (F x ) y (F y ) como los catetos del triángulo, podrás calcular cada una de las fuerzas. [8] X Fuente de investigación
- Recuerda que CAH significa lo siguiente: coseno(θ) = adyacente/hipotenusa. F x = cos θ * F = cos(45°) * 25 = 17,68 N.
- Recuerda que SOH significa lo siguiente: seno(θ) = opuesto/hipotenusa. F y = sen θ * F = sen(45°) * 25 = 17,68 N.
- Ten en cuenta que puede haber varias fuerzas diagonales actuando sobre un objeto en forma simultánea, por lo tanto, tendrás que encontrar (F x ) y (F y ) para cada una de las fuerzas del problema. A continuación, deberás sumar los valores (F x ) para obtener la fuerza total en dirección horizontal y los valores (F y ) para obtener la fuerza total en dirección vertical.
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Dibuja nuevamente el diagrama de fuerzas. Ahora que calculaste los componentes horizontal y vertical de las fuerzas diagonales, puedes dibujar un nuevo diagrama de fuerzas para representarlas. Borra la fuerza diagonal y dibuja las flechas de la magnitud vertical y la de la horizontal.
- Por ejemplo, en lugar de una fuerza diagonal, el diagrama ahora tendrá una fuerza vertical apuntando hacia arriba con una magnitud de 17,68 N y otra fuerza horizontal apuntando hacia la derecha con una magnitud de 17,68 N.
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Suma todas las fuerzas en dirección x y las fuerzas en dirección y. Una vez que hayas dibujado el nuevo diagrama de fuerzas, calcula la fuerza neta (F neta ) sumando todos los componentes verticales por un lado y todos los horizontales por el otro. Recuerda mantener consistencia entre todas las direcciones de los vectores del problema.
- Por ejemplo: los vectores horizontales son todas las fuerzas que se extienden a lo largo del eje x: F neta x = 17,68 – 10 = 7,68 N.
- Los vectores verticales son todas las fuerzas que se extienden a lo largo del eje y: F neta y = 17,68 + 10 - 10 = 17,68 N.
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Calcula la magnitud del vector de fuerza neta. En este punto tendrás dos fuerzas: una en la dirección de x y otra en la dirección de y. La magnitud del vector de fuerza es la hipotenusa del triángulo formado por estos dos vectores de componentes. Simplemente usa el teorema de Pitágoras para calcular la hipotenusa: F neta = √ (F neta x 2 + F neta y 2 ). [9] X Fuente de investigación
- Por ejemplo: F neta x = 7,68 N y F neta y = 17,68 N
- Reemplaza los valores en la ecuación: F neta = √ (F neta x 2 + F neta y 2 ) = √ (7,68 2 + 17,68 2 )
- Resuelve: F neta = √ (7,68 2 + 17,68 2 ) = √(58,98 + 35,36) = √94,34 = 9,71 N.
- La magnitud de la fuerza es 9,71 N en diagonal hacia arriba y a la derecha.
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Referencias
- ↑ https://www.mansfieldct.org/Schools/MMS/staff/hand/lawsunbalancedforce.htm
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-2/Determining-the-Net-Force
- ↑ http://www.studyphysics.ca/newnotes/20/unit01_kinematicsdynamics/chp05_forces/lesson19.htm
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-2/Determining-the-Net-Force
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-2/Drawing-Free-Body-Diagrams
- ↑ http://study.com/academy/lesson/what-is-net-force-definition-magnitude-equations.html
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/vectors/Lesson-3/Resolution-of-Forces
- ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/vectors/Lesson-3/Resolution-of-Forces
- ↑ https://www.mathsisfun.com/pythagoras.html
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