La fuerza, como concepto físico, se describe mediante la segunda ley de Newton, que establece que la aceleración se produce cuando una fuerza actúa sobre una masa. Matemáticamente, esto significa:
F = ma
aunque es importante señalar que la aceleración y la fuerza son cantidades vectoriales (es decir, tienen ambas magnitud y una dirección en el espacio tridimensional) mientras que la masa es una cantidad escalar (es decir, tiene una magnitud solo). En unidades estándar, la fuerza tiene unidades de Newtons (N), la masa se mide en kilogramos (kg) y la aceleración se mide en metros por segundo al cuadrado (m / s2).
Algunas fuerzas son fuerzas sin contacto, lo que significa que actúan sin que los objetos que las experimentan estén en contacto directo entre sí. Estas fuerzas incluyen la gravedad, la fuerza electromagnética y las fuerzas internucleares. Las fuerzas de contacto, por otro lado, requieren que los objetos se toquen entre sí, ya sea por un mero instante (como una pelota que golpea y rebota en una pared) o durante un período prolongado (como una persona que hace rodar una llanta Cerro).
En la mayoría de los contextos, la fuerza de contacto ejercida sobre un objeto en movimiento es la suma vectorial de las fuerzas normales y de fricción. La fuerza de fricción actúa exactamente opuesta a las direcciones del movimiento, mientras que la fuerza normal actúa perpendicular a esta dirección si el objeto se mueve horizontalmente con respecto a la gravedad.
Paso 1: Determine la fuerza de fricción
Esta fuerza es igual a lacoeficiente de fricciónμ entre el objeto y la superficie multiplicado por el peso del objeto, que es su masa multiplicada por la gravedad. Por lo tanto:
F_f = \ mu mg
Encuentre el valor de μ buscándolo en un gráfico en línea como el de Engineer's Edge.Nota:Algunas veces necesitará usar el coeficiente de fricción cinética y otras veces necesitará conocer el coeficiente de fricción estática.
Suponga para este problema que FF = 5 Newtons.
Paso 2: determinar la fuerza normal
Esta fuerza, Fnorte, es simplemente la masa del objeto multiplicada por la aceleración debida a la gravedad multiplicada por el seno del ángulo entre la dirección del movimiento y el vector de gravedad vertical g, que tiene un valor de 9,8 m / s2. Para este problema, suponga que el objeto se mueve horizontalmente, por lo que el ángulo entre la dirección del movimiento y la gravedad es de 90 grados, que tiene un seno de 1. Así Fnorte = mg para los propósitos actuales. Si el objeto se deslizara por una rampa orientada a 30 grados con respecto a la horizontal, la fuerza normal sería:
F_N = mg \ times \ sin {(90-30)} = mg \ times \ sin {60} = mg \ times 0.866
Para este problema, sin embargo, suponga una masa de 10 kg. Fnorte es por tanto 98 Newtons.
Paso 3: aplique el teorema de Pitágoras para determinar la magnitud de la fuerza de contacto general
Si imagina la fuerza normal Fnorte actuando hacia abajo y la fuerza de fricción FF actuando horizontalmente, la suma vectorial es la hipotenusa que completa un triángulo rectángulo que une estos vectores de fuerza. Su magnitud es así:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
que para este problema es
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99.14 \ text {N}