¿Qué fuerzas actúan sobre un cuerpo?

1- Peso

La fuerza peso es la que realiza sobre un cuerpo la aceleración de la gravedad de un planeta o algún cuerpo celeste, como la luna. Se mide en newtons (N).

El peso de un cuerpo en la Tierra se obtiene multiplicando la masa de un cuerpo por la aceleración de gravedad (g).

Aceleración de gravedad: es la aceleración con que los objetos caen libremente en la Tierra.Esta aceleración es de 9,8 m/s², aproximadamente 10m/s².

Masa: representa la cantidad de materia que tiene un cuerpo y se mide en kilogramos.

Entonces para calcular el peso se aplica la siguiente ecuación:

Con esto entendemos que el peso varía dependiendo de la aceleración de gravedad. Por ejemplo el peso de una persona en la Tierra será mucho mayor que el peso de esa misma persona en la Luna ya que la aceleración de gravedad de la Luna es menor (1,62 m/s^₂)

El peso puede ser representado mediante un vector. Este vector siempre está en dirección vertical apuntando hacia el centro de la Tierra, como en la siguiente imagen:

¿Sabes cuál es la diferencia entre masa y peso?

–  La masa tiene siempre el mismo valor, mientras que el peso depende del valor de g, que no es idéntico en todos los lugares.

– La balanza mide masas. El dinamómetro mide fuerzas, Si se utiliza para medir pesos, dará valores diferentes según la altura del lugar o el planeta en que estemos.

2- Fuerza Normal

Cuando los objetos están en contacto con una superficie, el peso del objeto ejerce una fuerza hacia abajo. Pero la superficie también ejerce una fuerza, esta fuerza está orientada hacia arriba y se denomina fuerza normal (N). En el ejemplo la lámpara ejerce una fuerza hacia abajo representado por el peso de ella. La mesa ejerce una fuerza normal sobre el objeto (la lámpara).

La fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie sobre la cual se encuentra un cuerpo y es una reacción a la fuerza que el peso del objeto ejerce sobre ella.

La intensidad  de la fuerza normal es máxima cuando la superficie de apoyo es horizontal y disminuye a medida que la superficie se inclina.

3- Fuerza Neta 

La fuerza neta o resultante corresponde a la suma de todas las fuerzas que se aplican sobre un cuerpo. Por ejemplo, cuando jugamos a tirar la cuerda, los cuerpos experimentan el actuar de muchas fuerzas y dependiendo de cómo estas se manifiestan, se puede producir diferentes resultados, como la aceleración (cambio en la rapidez de un cuerpo en un intervalo de tiempo determinado) o el equilibrio.

Cuando un cuerpo se encuentra en equilibrio, es cuando todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se anulan entre sí. Por ejemplo, si los niños tiran la cuerda con la misma fuerza, las fuerzas se encontrarán en equilibrio. En este caso, la fuerza neta es nula.

Si, por el contrario, un grupo de niños tira con una mayor fuerza la cuerda, las fuerzas no se encuentran equilibradas y se produce la aceleración. Por lo que, la fuerza neta es distinta de cero.

4- Diagrama de fuerzas  

Los diagramas de fuerzas son utilizados para representar gráficamente las fuerzas que actúan durante un mismo momento en un cuerpo, para que así podamos reconocer sus efectos.

Observemos la siguiente imagen. Se representa el diagrama de fuerzas que actúan en un auto mientras una persona lo empuja.

Los vectores de fuerzas se dibujan desde el centro del cuerpo. A continuación, se describen las fuerzas que actúan en el auto:

– Vector N°1 corresponde a la fuerza normal. Esta fuerza apunta hacia arriba ya que es perpendicular a la superficie en esta situación.

– Vector N°2 corresponde a la fuerza de roce dinámico que se opone al movimiento y es por esto que su sentido es a la derecha. Como el auto se está moviendo hacia la izquierda, es menor la intensidad de roce.

– Vector N°3 corresponde al peso que apunta hacia abajo, ya que el auto está haciendo atraído por la Tierra hacia su centro. Como el peso y la fuerza normal poseen la misma intensidad, se encuentran en equilibrio.

– Vector N°4 corresponde a la fuerza aplicada por la persona que está empujando el auto. Esta fuerza posee una mayor intensidad que el roce, por lo que estas fuerzas no se encuentran en equilibrio.

5- Comprobando las fuerzas que actúan en un cuerpo  

En función de lo aprendido en esta lección y en las anteriores sobre la fuerza, revisaremos la siguiente investigación experimental.

Joaquín y Francisca se encontraban en su casa jugando con pequeños bloques de madera. Comenzaron a jugar con los bloques y a deslizarlos por diferentes superficies de su hogar. Ambos se cuestionaron como pregunta de investigación, ¿En qué superficie se desliza mejor un bloque de madera?

Para responder su pregunta y comenzar con la investigación, plantearon la hipótesis que quieren comprobar.  Su predicción fue que, en las superficies lisas y pulidas, los bloques de madera se deslizarán más lejos.

Ambos decidieron las superficies en las cuales deslizarían los bloques de madera: la alfombra de la sala de estar, el piso de cerámica de la cocina y el piso flotante de las habitaciones. Planificaron que deslizarían un bloque de madera por las diferentes superficies, marcando la posición inicial de lanzamiento y empujando con la misma fuerza el bloque en cada superficie, procurando repetir el procedimiento tres veces para asegurarse de la precisión de las mediciones.

Luego, de decidir el procedimiento, recopilaron los materiales que necesitarían como huincha de medir, cuaderno y lápiz para anotar las mediciones.

Joaquín y Francisca realizaron el procedimiento y anotaron los resultados obtenidos.

Observa sus resultados registrados en una tabla:

Observación: Como registraron tres veces las mediciones en cada superficie,
la distancia que aparece en la tabla corresponde al promedio.

Joaquín y Francisca concluyeron que, en las superficies rugosas, como en la alfombra, el bloque se desliza una menor distancia en comparación con las superficies lisas, como el piso flotante de las habitaciones o el piso de cerámica de la cocina. Por lo tanto, se comprueba la hipótesis.

Recuerda que la fuerza de roce se genera por el contacto entre las superficies que se rozan y dependerá de cada material. La fuerza de roce dinámico siempre se opone al movimiento, por lo que esta frenaba al bloque de madera cuando se deslizaba por la alfombra.