Cómo calcular la fuerza
La fuerza es la masa por la aceleración. La fórmula es la parte fácil; los puntos están en darse cuenta de que F significa la fuerza neta, y en obtener la aceleración cuando el enunciado te da en su lugar un cambio de velocidad.
La fórmula
F = m a, donde F es la fuerza neta en newtons, m es la masa en kilogramos y a es la aceleración en metros por segundo al cuadrado. Un newton es un kilogramo metro por segundo al cuadrado, y por eso las unidades solo cuadran si la masa está en kilogramos.
Fuerza neta, no fuerza aplicada
- Suma todas las fuerzas que actúan, teniendo en cuenta la dirección.
- Las fuerzas en direcciones opuestas se restan, así que un empuje de 50 N contra 20 N de rozamiento da una fuerza neta de 30 N.
- Si la fuerza neta es cero el cuerpo no acelera, aunque puede seguir moviéndose.
Obtener primero la aceleración
Muchos enunciados dan un cambio de velocidad en vez de una aceleración. Usa a = cambio de velocidad dividido entre el tiempo y luego sustituye en F = m a. Hacerlo en dos pasos bien etiquetados es lo que mantiene las unidades en orden.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1
Pregunta
Una caja de 15 kg acelera a 4 m/s al cuadrado. ¿Qué fuerza neta actúa sobre ella?
Respuesta
60 N
Pasos
- 1Identifica los datos: m = 15 kg, a = 4 m/s al cuadrado.
- 2Aplica F = m a.
- 3Sustituye con unidades: F = 15 kg x 4 m/s al cuadrado.
- 4F = 60 kg m/s al cuadrado, es decir, 60 N.
Ejemplo 2
Pregunta
Una pelota de béisbol de 0,145 kg se frena desde 40 m/s en 0,005 s. Halla la fuerza media.
Respuesta
1160 N
Pasos
- 1Primero la aceleración: a = cambio de velocidad / tiempo = 40 / 0,005.
- 2Eso da a = 8000 m/s al cuadrado, una deceleración.
- 3Ahora aplica F = m a: F = 0,145 x 8000.
- 4F = 1160 N, en sentido contrario al movimiento.
- 5Comprobación de sentido: un tiempo de frenado muy corto genera una fuerza muy grande, y por eso los guantes de béisbol van acolchados.
El tamaño de esta respuesta es la física. Alargar el tiempo de frenado es la única forma de reducir la fuerza, y ese es todo el principio de las zonas de deformación y los airbags.
Ejemplo 3
Pregunta
Una caja de 6 kg recibe un empuje de 50 N mientras el rozamiento se le opone con 20 N. Halla su aceleración.
Respuesta
5 m/s al cuadrado
Pasos
- 1Primero la fuerza neta: 50 N hacia delante menos 20 N hacia atrás.
- 2Fuerza neta = 30 N en el sentido del empuje.
- 3Despeja a en F = m a: a = F / m.
- 4a = 30 / 6 = 5 m/s al cuadrado.
Errores habituales
Meter la fuerza aplicada en F = m a cuando también hay rozamiento.
F es la fuerza neta. Combina todas las fuerzas con sus direcciones antes de sustituir.
Dejar la masa en gramos.
Convierte primero a kilogramos. Una masa en gramos hace la respuesta 1000 veces mayor.
Confundir masa y peso.
La masa va en kilogramos y no cambia. El peso es una fuerza en newtons, igual a la masa por g.
Suponer que fuerza neta cero significa estar quieto.
Significa velocidad constante, lo que incluye moverse en línea recta a ritmo constante.
Practícalo
Resuélvelos primero tú y luego abre la respuesta. ¿Atascado a medias? Selecciona el problema y pídele a Solvecoon el paso que te falta.
1. Un cuerpo de 25 kg acelera a 2 m/s al cuadrado. Halla la fuerza neta.
Ver la respuesta
50 N, de F = 25 x 2.
2. Una fuerza neta de 90 N actúa sobre una masa de 30 kg. Halla la aceleración.
Ver la respuesta
3 m/s al cuadrado, de a = F / m.
3. ¿Cuánto pesa en la Tierra una persona de 70 kg, con g = 9,8 m/s al cuadrado?
Ver la respuesta
686 N. El peso es la masa por g, y es una fuerza, así que la respuesta va en newtons.
Lo que suele preguntarse
- ¿En qué unidades debe estar la fuerza?
- En newtons, siempre que la masa esté en kilogramos y la aceleración en metros por segundo al cuadrado. Mezclar unidades es aquí la fuente de error más común.
- ¿Cómo hallo la fuerza a partir de un cambio de velocidad?
- En dos pasos. Divide el cambio de velocidad entre el tiempo para obtener la aceleración y luego multiplica por la masa.
- ¿El peso es lo mismo que la masa?
- No. La masa es la cantidad de materia en kilogramos; el peso es la fuerza gravitatoria sobre ella en newtons. Tu masa es la misma en la Luna, tu peso no.
- ¿Qué significa una fuerza negativa?
- Que actúa en sentido contrario al que has definido como positivo. Fijar el sentido positivo antes de empezar evita casi toda la confusión de signos.
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