puntos vectoriales (movimiento y fuerza)

MOVIMIENTO DE FUERZA

Fuerza es la acción de empujar o jalar que provoca el movimiento de un objeto.

La fuerza más conocida es la atracción universal que ejerce la Tierra sobre todos los cuerpos; a esta fuerza se le llama peso del cuerpo. Existe una fuerza bien definida aunque no estén en contacto la Tierra y los cuerpos que ésta atrae. El peso es una cantidad vectorial dirigida hacia el centro del planeta.

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el newton (N). Su equivalente en la unidad del Sistema Usual de Estados Unidos (SUEU), es la libra (lb), es decir que:

1 N = 0.225 lb     1 lb = 4.45 N

Las fuerzas producen dos efectos medibles:

1.        Cambiar las dimensiones o la forma de un cuerpo.
2.        Cambiar el movimiento del cuerpo.

Cuando no hay desplazamiento resultante de dicho cuerpo, la fuerza que causa el cambio de forma se llama fuerza estática. Si una fuerza cambia el movimiento del cuerpo se llama fuerza dinámica.

Las dos fuerzas se representan por medio de vectores, como en el ejemplo del cometa.

La eficiencia de una fuerza depende de la dirección en la que actúa. Por ejemplo, es más fácil arrastrar una balsa por el suelo usando una cuerda inclinada, como se muestra en la imagen 1, que si se le empuja.

La fuerza aplicada produce más de un solo esfuerzo; es decir, la fuerza ejercida sobre la cuerda levanta la balsa y la mueve hacia adelante al mismo tiempo. Igualmente, al empujar la balsa se produce el efecto de añadirle peso. Esto lleva a la idea de las componentes de una fuerza, que son los valores reales de una fuerza en direcciones diferentes a la de la fuerza misma. Como se ilustra en la imagen 1, la fuerza F  puede reemplazarse por sus componentes horizontal y vertical, Fx  y Fy  .

Al graficar una fuerza, ésta se representa por su magnitud y un ángulo (R, q ), se pueden determinar sus componentes a lo largo de las direcciones x  y y. Una fuerza F actúa con un ángulo q sobre la horizontal, como se muestra en la imagen 2. El significado de las componentes x  y y, Fx  y Fy , se puede apreciar en la gráfica.


El segmento que va desde O  hasta el pie de la perpendicular que baja a la A al eje x  se llama componente x  de F  y se indica como Fx . El segmento que va desde O  hasta el pie de la perpendicular al eje y que parte de A se llama componente y  de F  y se suele indicar como Fy . Al trazar vectores a escala, se puede determinar gráficamente la magnitud de las componentes. Estos dos componentes, actuando juntos, tienen el mismo efecto que la fuerza original F.

En la imagen 3, el hombre empuja la cortadora de pasto hacia abajo con una fuerza de 40 N, con un ángulo de 50° respecto a la horizontal. ¿Cuál será la magnitud del efecto horizontal de esta fuerza?

Primero deberá esquematizarse el problema, es decir, traducir el problema de las palabras a la imagen, este procedimiento ayuda a comprender el problema.

La fuerza de 40 N se transmite a través del manubrio hasta el cuerpo de la cortadora. En la imagen 3 se muestra un diagrama vertical. Una escala de 1 cm = 10 N resulta adecuada para este ejemplo. El efecto horizontal de la fuerza de 40 N es el componente x , como se señala en la figura. El valor de Fx  es 2.57 cm, puesto que 1 cm = 10 N, resultando:

       10N
Fx=2.57 cm -------- = 25.7 N
                    1 cm

La fuerza aplicada es mayor que la fuerza real.