Fórmula de la Fuerza

La fórmula de la fuerza dice que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. Por tanto, si conocemos la masa y la aceleración, sólo tenemos que multiplicarlas y obtendremos la fuerza. Aprendamos aquí la fórmula de la fuerza.

Definición de la fuerza

La fuerza es, básicamente, una interacción entre los objetos, debido a la cual se producen cambios en su movimiento. La fuerza se mide en Newtons (N). El Newton es la unidad científica y la utilizamos para medir el peso. 1 Newton equivale a unas 0,22 libras. Por tanto, una chica que pesa sólo 100 libras equivaldría a unos 445 newtons, o sea, su fuerza debida a la gravedad (Fg).

La primera ley de Newton

La Primera Ley del Movimiento de Newton dice que todo objeto persiste en estar en movimiento uniforme en línea recta o en estado de reposo a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

Segunda ley de Newton

La segunda ley del movimiento de Newton dice que la fuerza es igual al cambio en el momento por el cambio en el tiempo. Para una masa constante, la fuerza es igual a la masa por la aceleración, es decir, F = m x a.

Una ecuación vectorial es el enunciado moderno de la segunda ley de newton:

formula de la segunda ley de newton

p⃗ = momento y vecp = mv

Si el intervalo de tiempo para la fuerza aplicada aumenta, como resultado, el valor de la fuerza aplicada disminuye.

De la segunda ley del movimiento de Newton:

formula segunda ley de movimiento de newton

Por tanto, para simplificar, se decide que la constante de proporcionalidad (k) sea 1:

formula de la segunda ley de newton simplificada

Tercera ley de Newton

Cada vez que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo, éste ejerce simultáneamente una fuerza igual y opuesta sobre el primero. En forma vectorial, si F1,2 es la fuerza del cuerpo 1 sobre el cuerpo 2 y F_{2,1} F2,1 la del cuerpo 2 sobre el cuerpo 1, entonces:

F1,2=F2,1

En un sistema compuesto por el objeto 1 y el objeto 2, la fuerza neta sobre el sistema debida a sus interacciones mutuas es 0:

F1,2 + F2,1 = 0

Ejemplos resueltos sobre la fórmula de la fuerza

Ejemplo 1. Una fuerza constante que actúa sobre un cuerpo de masa 3.0 kg cambia su velocidad de 2.0 m/s a 3.5m/s en 25 s. La dirección del movimiento del cuerpo no cambia. ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza?

Solución

Masa del cuerpo, m = 3 kg
Velocidad inicial del cuerpo, u = 2 m/s
Velocidad final del cuerpo, v = 3,5 m/s
Tiempo, t = 25 s

Utilizando la primera ecuación del movimiento, la aceleración (a) producida en el cuerpo se puede calcular como:

v = u+at

a = fracvut

= (3.5−2)/25 = 0.06m/s2

F = ma

= 3 × 0.06 = 0.18 N

Como la aplicación de la fuerza no cambia la dirección del cuerpo, la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo va en la dirección de su movimiento.

Ejemplo 2. Un chorro de agua que fluye horizontalmente con una velocidad de 15ms-1 de sale a borbotones de un tubo de sección transversal 10-2m2, y choca con una pared vertical cercana. ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre la pared por el impacto del agua, suponiendo que no rebota?

Solución

Velocidad de la corriente de agua, v = 15 m/s
El área de la sección transversal del tubo, A = 10 m
El volumen de agua que sale por el tubo por segundo,
V = A x v = 15 x 10 m /s
Densidad del agua, = 10 kg/m
Masa de agua que sale por el tubo por segundo = densidad V = 150 kg/s
El agua choca contra la pared y no rebota. Por lo tanto, la fuerza que ejerce el agua sobre la pared viene dada por

La segunda ley del movimiento de Newton como:
F = Tasa de cambio de momento = P / t.
= mv / t
= 150 x 15 = 2250 N