Ecuación de fuerza: definición, explicación, ejemplos y más

Ecuación de fuerza fuerza es cualquier interacción que, sin oposición, cambiará el movimiento de un objeto. Una fuerza puede hacer que un objeto con masa cambie su velocidad, que se acelere. La fuerza también se puede describir intuitivamente como un empujón o un tirón. Una fuerza tiene magnitud y dirección, lo que la convierte en una cantidad vectorial. Se mide en la unidad SI de newtons y se representa con el símbolo F. La forma original de la segunda ley de Newton establece que la fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual a la velocidad a la que cambia su momento con el tiempo. Si la masa del objeto es constante, esta ley implica que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el objeto, está en la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa del objeto.

Los conceptos relacionados con la fuerza incluyen el empuje, que aumenta la velocidad de un objeto; arrastre, que disminuye la velocidad de un objeto; y par, que produce cambios en la velocidad de rotación de un objeto. En un cuerpo extendido, cada parte generalmente aplica fuerzas sobre las partes adyacentes; la distribución de tales fuerzas a través del cuerpo es la tensión mecánica interna. Tales tensiones mecánicas internas no provocan aceleración de ese cuerpo ya que las fuerzas se equilibran entre sí. La presión, la distribución de muchas pequeñas fuerzas aplicadas sobre un área de un cuerpo, es un tipo simple de estrés que, si se desequilibra, puede hacer que el cuerpo se acelere. El estrés generalmente causa la deformación de materiales sólidos o el flujo de fluidos.

Ecuación de fuerza

La ecuación de fuerza establece que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. Entonces, si conoce la masa y la aceleración, simplemente multiplíquelas y ahora conoce la fuerza. Las unidades de aceleración son metros por segundo al cuadrado (m / s²) y las unidades de masa son kilogramos (kg).

Fórmula de fuerzaFórmula de fuerza

Echemos un vistazo a un ejemplo:

Mary está tratando de levantar una caja del piso al estante. Acelera la caja de 2 kg con 2 m / s². ¿Qué fuerza ejerce María sobre la caja?

Para resolver este problema, simplemente multiplique la masa (2 kg) por la aceleración (2 m / s²) para obtener la respuesta final: se ejerció 4 N de fuerza sobre la caja. Recuerde, en física, siempre incluya todas las unidades, tanto en su problema cuando muestre sus matemáticas como cuando escriba su respuesta final.

ecuación de fuerzaecuación de fuerza

Con un círculo, dibuja una línea horizontal en el medio. Luego, separe la mitad inferior del círculo en dos secciones. En la parte superior, escriba F para la fuerza y ​​en la parte inferior coloque m para la masa en una sección y a para la aceleración en la otra. La línea horizontal se utilizará para la división y las líneas verticales indican la multiplicación. A continuación, cubra cualquier variable que desee resolver con el dedo. Por ejemplo, digamos que queremos resolver la aceleración. Cubre el an en el círculo. Ahora, te quedas con F dividido por m.

Ecuación de fuerza centrípeta

Cualquier movimiento en una trayectoria curva representa un movimiento acelerado y requiere una fuerza dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria. Esta fuerza se llama fuerza centrípeta, que significa fuerza de “búsqueda de centro”. La fuerza tiene la magnitud

Ecuación de fuerza centrípetaEcuación de fuerza centrípeta

Balancear una masa en una cuerda requiere tensión de la cuerda, y la masa se desplazará en una línea recta tangencial si la cuerda se rompe. La aceleración centrípeta se puede derivar para el caso de movimiento circular, ya que la trayectoria curva en cualquier punto puede extenderse a un círculo.

Fuerza centrípetaFuerza centrípeta

Tenga en cuenta que la fuerza centrípeta es proporcional al cuadrado de la velocidad, lo que implica que duplicar la velocidad requerirá cuatro veces la fuerza centrípeta para mantener el movimiento en un círculo. Si la fuerza centrípeta debe ser proporcionada solo por fricción en una curva, un aumento en la velocidad podría provocar un patinaje inesperado si la fricción es insuficiente.

Ecuación de la fuerza gravitacional

En el universo hay muchas fuerzas, muchos empujones y tirones. Además, siempre tiramos o empujamos algo, aunque solo sea en el suelo. Pero, en realidad, en física hay cuatro fuerzas fundamentales de las que se deriva todo lo demás. Además, estas fuerzas son la fuerza débil, la fuerza fuerte, la fuerza gravitacional y la fuerza electromagnética.

Ecuación de la fuerza gravitacionalEcuación de la fuerza gravitacional

Además, la fuerza gravitacional es algo que atrae dos objetos cualesquiera con la masa. Además, esta fuerza gravitacional atrae porque siempre intenta juntar masas y nunca las separa. Además, todos los objetos, incluyéndote a ti, atraen a todos los demás objetos del universo entero y esto se llama Ley Universal de Gravitación de Newton.

Ecuación de fuerza de resorte

Robert Hooke investigó cómo se estiran los resortes y los materiales elásticos. La ley de Hooke establece que la fuerza necesaria para comprimir o extender un resorte es directamente proporcional a la distancia a la que se estira. O, en otras palabras, cuanto más estiras algo, más difícil se vuelve seguir estirándolo. Es una relación lineal. O podría pensarlo de esta manera: a medida que estira algo, hay una fuerza restauradora con la que tiene que competir. Esa fuerza restauradora está tratando de devolver el objeto a su origen.

Ecuación de fuerza de resorteEcuación de fuerza de resorte

Como ecuación, la ley de Hooke dice que la fuerza aplicada en newtons (o la fuerza restauradora equivale a lo mismo) es igual al negativo de la constante de resorte, k, del material, multiplicado por la extensión, x, del material, medido en metros. Usamos el signo negativo cuando hablamos de la fuerza restauradora porque la fuerza restauradora está en la dirección opuesta a la extensión. Pero si F es la fuerza que aplicamos, entonces el signo negativo desaparece y es solo F = -kx

Ecuación de fuerza eléctrica

La expresión cuantitativa del efecto de estas tres variables sobre la fuerza eléctrica se conoce como ley de Coulomb. La ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica entre dos objetos cargados es directamente proporcional al producto de la cantidad de carga en los objetos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre los dos objetos. En forma de ecuación, la ley de Coulomb se puede establecer como

Ecuación de fuerza eléctricaEcuación de fuerza eléctrica

donde Q1 representa la cantidad de carga en el objeto 1 (en Coulombs), Q2 representa la cantidad de carga en el objeto 2 (en Coulombs) yd representa la distancia de separación entre los dos objetos (en metros). El símbolo k es una constante de proporcionalidad conocida como constante de la ley de Coulomb. El valor de esta constante depende del medio en el que se sumergen los objetos cargados. En el caso del aire, el valor es aproximadamente 9,0 x 109 N • m2 / C2. Si los objetos cargados están presentes en el agua, el valor de k puede reducirse hasta en un factor de 80. Vale la pena señalar que las unidades de k son tales que, cuando se sustituyen en la ecuación, las unidades de carga (Coulombs ) y las unidades de distancia (metros) se cancelarán, dejando un Newton como unidad de fuerza.

La ecuación de la ley de Coulomb proporciona una descripción precisa de la fuerza entre dos objetos siempre que los objetos actúan como cargas puntuales. Una esfera conductora cargada interactúa con otros objetos cargados como si todas sus cargas estuvieran ubicadas en su centro. Si bien la carga se distribuye uniformemente por la superficie de la esfera, se puede considerar que el centro de carga es el centro de la esfera. La esfera actúa como una carga puntual con su exceso de carga ubicado en su centro. Dado que la ley de Coulomb se aplica a cargas puntuales, la distancia d en la ecuación es la distancia entre los centros de carga de ambos objetos (no la distancia entre sus superficies más cercanas).

Los símbolos Q1 y Q2 en la ecuación de la ley de Coulomb representan las cantidades de carga en los dos objetos que interactúan. Dado que un objeto se puede cargar positiva o negativamente, estas cantidades a menudo se expresan como valores “+” o “-”. El signo de la carga es simplemente representativo de si el objeto tiene un exceso de electrones (un objeto con carga negativa) o una escasez de electrones (un objeto con carga positiva). Puede resultar tentador utilizar los signos “+” y “-” en los cálculos de fuerza. Si bien no se recomienda la práctica, ciertamente no hay nada de malo en hacerlo. Cuando se utilizan los signos “+” y “-” en el cálculo de la fuerza, el resultado será que un valor “-” para la fuerza es un signo de una fuerza de atracción y un valor “+” para la fuerza significa una fuerza repulsiva. Matemáticamente, el valor de la fuerza sería positivo cuando Q1 y Q2 tienen la misma carga, ya sea “+” o ambos “-“. Y el valor de la fuerza sería negativo cuando Q1 y Q2 son de carga opuesta: uno es “+” y el otro es “-“. Esto es consistente con el concepto de que los objetos con cargas opuestas tienen una interacción atractiva y los objetos con cargas similares tienen una interacción repulsiva. Al final, si está pensando conceptualmente (y no simplemente matemáticamente), sería muy capaz de determinar la naturaleza de la fuerza, atractiva o repulsiva, sin el uso de los signos “+” y “-” en la ecuación.

Ecuación de fuerza de flotación

La flotabilidad es la fuerza que actúa en dirección opuesta a la gravedad que afecta a todos los objetos sumergidos en un fluido. Cuando se coloca un objeto en un líquido, el peso del objeto empuja hacia abajo el líquido (líquido o gas) mientras que una fuerza de flotación hacia arriba empuja hacia arriba el objeto, actuando contra la gravedad. En términos generales, esta fuerza de flotabilidad se puede calcular con la ecuación

Ecuación de fuerza de flotaciónEcuación de fuerza de flotación

Fb = Vs × D × g, donde Fb es la fuerza de flotación que actúa sobre el objeto, Vs es el volumen sumergido del objeto, D es la densidad del fluido en el que está sumergido el objeto y g es la fuerza de gravedad.

¿Cuál es la fórmula de la fuerza?

La fórmula de la fuerza dice que la fuerza es igual a la masa (M) multiplicada por la aceleración (A). Si tiene dos de las tres variables, puede resolver la tercera. La fuerza se mide en newtons (N), la masa en kilogramos (kg) y la aceleración en metros por segundo cuadrado (M / S2).

¿Cómo se calcula el ejemplo de fuerza?

Inserte los números que desea convertir a masa en la nueva ecuación, M = F / A. Como ejemplo, utilizaremos un objeto con una fuerza de 10 N y una aceleración de 2 metros por segundo al cuadrado. Divida los Newtons por la tasa de aceleración, que le dará la masa del objeto.

¿Cómo se calcula la fuerza de carga?

Multiplique la masa del objeto por la aceleración gravitacional de la Tierra (9,8 M / seg2) y la altura en metros. Esta ecuación es la energía potencial del objeto en reposo. La energía potencial se mide en julios; Esta es la fuerza de carga.

¿Cuál es la fórmula de la fuerza centrífuga?

Puede ser igual a 5 M / S. Si solo conoce la velocidad angular, puede usar la fórmula V = ω * 2 * π * R para calcular la velocidad. Utilice la ecuación de fuerza centrífuga: F = M * V ^ 2 / R.

¿Cuál es la unidad de fuerza SI?

Definición. Un newton es la fuerza necesaria para acelerar un kilogramo de masa a razón de un metro por segundo al cuadrado en la dirección de la fuerza aplicada. El Newton se convirtió así en la unidad estándar de fuerza en el Système International D’unités (Si), o sistema internacional de unidades.

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