Como se calcula la fuerza

Cómo calcular la fuerza con la presión y el área

Amanda ha enseñado ciencias en la escuela secundaria durante más de 10 años. Tienen una Maestría en Fisiología Celular y Molecular de la Escuela de Medicina de Tufts y una Maestría en Enseñanza del Simmons College. También están certificadas en educación especial secundaria, biología y física en Massachusetts.

El Dr. Chan ha enseñado física, química y matemáticas a nivel universitario y de ordenadores durante más de ocho años. La Dra. Chan tiene un doctorado en química por la Universidad de Berkeley, un máster en física y 19 créditos de matemáticas aplicadas por la Universidad de Washington, y una licenciatura con honores en física por la Universidad de Berkeley.

La fórmula de la fuerza se basa en tres variables: fuerza, masa y aceleración. Aprende la definición de fuerza, la fórmula de la fuerza, cómo resolver otras variables y la explicación de la fuerza neta.

¿Qué es la fuerza? Cuando llegas al colegio, abres la puerta de tu taquilla y coges tus libros en brazos. Llegas tarde, así que tienes que correr hacia la clase, reduciendo la velocidad cuando te acercas a la puerta. Una escena típica en el día de un estudiante, ¿verdad? Aunque todavía no conozcas la fuerza, en todas las acciones mencionadas aquí, ¡la fuerza te está permitiendo completarlas! La fuerza es una interacción entre objetos que les hace cambiar de movimiento. Así, cuando has abierto la puerta de tu taquilla, tu mano ha aplicado una fuerza a la puerta, haciendo que cambie su movimiento. La fuerza se mide en newtons (N), la unidad científica para medir el peso. Un newton equivale a unas 0,22 libras. Por lo tanto, una chica que pesa sólo 100 libras equivaldría a aproximadamente 445 newtons, o su fuerza debida a la gravedad (Fg). Ahora que conocemos algunos aspectos básicos, veamos cómo utilizar la fórmula de la fuerza.

Cómo calcular la fuerza aplicada

Esta importante ecuación nos dice que la fuerza es proporcional a la aceleración. Así, la fuerza hacia abajo de una manzana que cae debido a la aceleración gravitatoria (llamada g, e igual a 9,81 m/s2, o aproximadamente 10 m/s2) es:

Cuando un cuerpo no está en caída libre, sino en contacto con el suelo, esta fuerza se refleja en el cuerpo como una reacción, que en realidad es otra palabra para el peso. Así, una manzana típica experimenta una reacción de 1 N. Cuando una persona está parada, esta fuerza de reacción al suelo es igual a la masa de la persona multiplicada por la aceleración gravitatoria (F = m.g). Para una persona típica de 80 kg de masa, esta reacción será de (80 x 10) 800 N. Las básculas de baño miden esta reacción, y el dial debería leer realmente en newtons, pero como la gravedad es casi constante en todo el mundo, miden la masa dividiendo todas las lecturas por 9,81 ms-2. Hay que tener en cuenta que las balanzas no serían precisas si se utilizaran en la Luna, donde la gravedad es de aproximadamente 1,6 ms-2.

Esta fuerza de reacción actúa hacia el cuerpo desde todas las partes del cuerpo en contacto con el suelo (normalmente los pies). La distribución de esta fuerza (presión) sobre las plantas de los pies no es uniforme, y algunas partes de la planta reciben más fuerza que otras.

Cómo calcular la aceleración con fuerza y masa

En física (concretamente en electromagnetismo) la fuerza de Lorentz (o fuerza electromagnética) es la combinación de la fuerza eléctrica y magnética sobre una carga puntual debida a los campos electromagnéticos. Una partícula de carga q que se mueve con una velocidad v en un campo eléctrico E y un campo magnético B experimenta una fuerza de

(en unidades del SI[1][2]). Dice que la fuerza electromagnética sobre una carga q es una combinación de una fuerza en la dirección del campo eléctrico E proporcional a la magnitud del campo y a la cantidad de carga, y una fuerza en ángulo recto con el campo magnético B y la velocidad v de la carga, proporcional a la magnitud del campo, la carga y la velocidad. Las variaciones de esta fórmula básica describen la fuerza magnética sobre un cable portador de corriente (a veces llamada fuerza de Laplace), la fuerza electromotriz en un bucle de cable que se mueve a través de un campo magnético (un aspecto de la ley de inducción de Faraday) y la fuerza sobre una partícula cargada en movimiento.

Los historiadores sugieren que la ley está implícita en un artículo de James Clerk Maxwell, publicado en 1865[3]. Hendrik Lorentz llegó a una derivación completa en 1895,[4] identificando la contribución de la fuerza eléctrica unos años después de que Oliver Heaviside identificara correctamente la contribución de la fuerza magnética[5].

Cómo calcular la fuerza neta

Si se le pregunta: «¿Qué es la fuerza?», una persona que no sea física probablemente pensaría en empujar y tirar. Un físico pensaría en el cambio de velocidad de un objeto. Para entenderlo, veamos la ecuación de la fuerza:

La aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo. Y, como ves en la fórmula de la fuerza, cuanto mayor sea la fuerza, mayor será la aceleración. Así pues, si algo se acelera, por ejemplo, un coche, puede impartir una fuerza importante si choca contra otro coche. Esta fuerza es proporcional a la masa del coche y a su aceleración (de parada).

Si calculas la fuerza por tu cuenta, utiliza siempre el sistema SI para evitar errores. ¿Cuál es la unidad de fuerza del SI? Se llama Newton [N], en honor a Isaac Newton, matemático, físico y descubridor de la gravedad. En las unidades básicas del SI, un Newton equivale a:

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza igual en magnitud y opuesta en dirección sobre el primer cuerpo (para cada acción, siempre hay una reacción igual pero opuesta).