Lidiando con la Fuerza Neta

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Por Steven Holzner

A menudo hay más de una fuerza involucrada cuando se arrastra una masa a lo largo de una distancia. Piensa en las fuerzas de fricción y gravedad de un objeto en un plano inclinado. Por ejemplo, eche un vistazo a la figura, donde un sofá está siendo arrastrado por una pendiente. Si está aplicando la fuerza F, ¿cuánto trabajo se realiza mientras el sofá se arrastra por la pendiente?

Mira las fuerzas involucradas en este escenario: Hay la fuerza que usted aplica (su tirón), la fuerza debido a la fricción que resiste su tirón, y la fuerza debido a la gravedad que también resiste su tirón. Mientras que todas estas fuerzas trabajan en el sofá mientras se tira de él hacia arriba, el trabajo en red que se hace en el sofá es el producto de la componente de la fuerza de la red paralela al desplazamiento del sofá multiplicado por ese desplazamiento. En esta situación, la fuerza neta y el desplazamiento están en la misma dirección, por lo que esto se simplifica a una fuerza neta multiplicada por el desplazamiento.

En otras palabras, usted puede hacer 100 J de trabajo en el sofá; la fricción, que se le opone, puede hacer -50 J (el trabajo es negativo porque la fuerza aquí es opuesta a la dirección en que viajó); y la fuerza de gravedad puede hacer -30 J. Eso significa que una red de trabajo de 20 J fue hecha en el sofá por todas las fuerzas (100 – 50 -30 = 20 J).

Ejemplo de pregunta

  1. Suponga que el sofá que está arrastrando tiene una masa de 75,0 kg, y el ángulo de la rampa es de 24,0 grados. Si el coeficiente de fricción cinética es de 0,170 y se tira de la camilla 2,00 m con una fuerza de 800,0 N, ¿cuánto trabajo está haciendo la fuerza neta en la camilla? la respuesta correcta es 774 J. Identifique las fuerzas en la camilla. Estás tirando con una fuerza F en la dirección de la rampa, por lo que el componente de tu fuerza en la dirección de desplazamiento es exactamente 800 N. Mira el componente de la fuerza debido a la gravedad cuesta abajo a lo largo de la dirección de la inclinación La figura te dice que esta fuerza es (Puedes verificar esto observando que Fg va a mg a medida que la theta va a 90 grados y a 0 a medida que la theta va a 0 grados.) Calcula la fuerza debido a la fricción. Ahí es donde Fn es la fuerza normal. La fuerza normal en este escenario es la que hace que la fuerza debida a la fricciónCalcule la fuerza neta (hacia arriba a lo largo de la inclinación): Tenga en cuenta que las fuerzas debidas a la fricción y a la gravedad son negativas porque se oponen a la dirección de desplazamiento, ya que todas las fuerzas actúan a lo largo de la dirección de desplazamiento, la red de trabajo, W, es igual aPlug en los números:

Preguntas de práctica

  1. Estás tirando de una cómoda, aplicando una fuerza de 600,0 N paralela a la pendiente. El ángulo de la pendiente es de 40.0 grados. La cajonera tiene una masa de 40,0 kg y un coeficiente de fricción cinética de 0,120. ¿Cuánto trabajo neto se realiza al tirar de la cajonera 10,0 m por encima del plano inclinado?
  2. Estás aplicando una fuerza de 800,0 N al suelo mientras subes una pista de esquí en tus nuevos esquíes; esta fuerza se aplica paralelamente a la pista (cuesta abajo), por lo que el suelo te empuja necesariamente con una fuerza igual a 800,0 N en la dirección opuesta (cuesta arriba). Si la pendiente es de 22,0 grados, el coeficiente de fricción cinética es de 0,050, y tienes una masa de 80,0 kg, ¿cuánto trabajo hace el suelo para empujarte hacia esa pendiente de 500,0 m?

A continuación se presentan las respuestas a las preguntas de práctica:

  1. 3.120 JEncuentra las fuerzas en la cómoda. Está tirando con una fuerza F en la dirección de la rampa, por lo que el componente de su fuerza en la dirección de desplazamiento es 600,0 N. Encuentre la fuerza debida a la gravedad a lo largo de la dirección de la rampa. Tenga en cuenta que esta fuerza bajará por la rampa, encuentre la fuerza debida a la fricción. Ahí es donde Fn es la fuerza normal. La fuerza normal aquí es la que hace que la fuerza debida a la fricciónCalcule la fuerza neta: Tenga en cuenta que la fuerza debida a la fricción y la gravedad son negativas porque se oponen a la dirección del desplazamiento.5. El trabajo neto realizado es la fuerza total a lo largo de la dirección de desplazamiento, los tiempos de recorrido y la distancia recorrida. Debido a que todas las fuerzas actúan a lo largo de la dirección del desplazamiento, la red de trabajo, W, esPlug en los números:
  2. El suelo hace 4.00 x 105 J de trabajo. La red de trabajo es de 2,35 x 105 J. El suelo empuja hacia arriba por la pendiente con una fuerza de 800,0 N; esta fuerza va en la dirección de la pendiente, la fuerza debida a la gravedad paralela a la pendiente es la fuerza que baja por la pendiente. La fuerza normal aquí es la que hace que la fuerza debida a la fricción: Calcular la fuerza neta: El trabajo neto realizado es la fuerza total a lo largo de la dirección de desplazamiento veces la distancia recorrida. Debido a que todas las fuerzas actúan a lo largo de la dirección de desplazamiento, la red de trabajo, Wnet, isPlug en los números para encontrar la red de trabajo: El trabajo realizado por el suelo empujando sobre usted es (800.0)(500.0) = 4.000 x 105 J.
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