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Calculadora de fuerza

Índice general

Definición de fuerza y ecuación de fuerzaLas leyes del movimiento de NewtonTipos de fuerzas¿Cómo calcular la fuerza?¿Qué es la fuerza neta?Preguntas frecuentes

La calculadora de fuerza está aquí para ayudarte a calcular la fuerza a partir de la segunda ley del movimiento de Newton. Sigue leyendo para aprender qué es la fuerza y qué tipos de fuerzas hay en mecánica clásica. También te explicaremos cómo hallar la fuerza en ejercicios utilizando la fórmula de la fuerza. Al final, también ilustraremos qué es la fuerza neta con un ejemplo sencillo.

Si necesitas hallar una fuerza concreta, quizá alguna de estas calculadoras pueda ayudarte:

Definición de fuerza y ecuación de fuerza

¿Qué es la fuerza?

🙋 Fuerza es cualquier interacción que, sin oposición, puede modificar el movimiento de un objeto.

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

F=m a\footnotesize F = m\ a

donde:

  • a\small a es la aceleración del objeto expresada en metros por segundo al cuadrado [m/s2]\small\rm [m/s^2].
  • m\small m es la masa del objeto en kilogramos [kg]\small \rm [kg].
  • F\small F es la fuerza medida en Newtons [N]\small \rm [N].

La aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo. Y, como puedes ver en la fórmula de la fuerza, cuanto mayor sea la fuerza, mayor será la aceleración. Así, si algo va a gran velocidad, por ejemplo, un automóvil, puede impartir una fuerza importante si choca contra otro automóvil. Esta fuerza es proporcional a la masa del automóvil y a su aceleración (deceleración). Otro ejemplo sería la fuerza del puñetazo humano, en la que la masa y la aceleración del cuerpo son directamente proporcionales a la fuerza del impacto.

Para utilizar la calculadora de fuerza, introduce dos de estas variables: masa, aceleración o fuerza en cualquier unidad y obtén el número que falta en un abrir y cerrar de ojos.

Si calculas la fuerza por tu cuenta, utiliza siempre el sistema SI para evitar errores. ¿Cuál es la unidad SI de fuerza? Es el Newton [N]\footnotesize \bold{[N]}, llamada así por Isaac Newton, matemático, físico y descubridor de la gravedad. En unidades básicas del SI, un Newton equivale a:

1 N=1 kgm/s2\footnotesize \rm 1\ N = 1 \space kg \cdot m/s^2

Para saber más sobre las unidades de fuerza, ve a nuestro conversor de fuerza 🇺🇸.

Las leyes del movimiento de Newton

Newton inventó tres leyes del movimiento que explican el movimiento de todos los objetos físicos. Son los fundamentos de toda la mecánica clásica, que también se conoce como mecánica newtoniana.

  1. Primera ley del movimiento de Newton

    Un objeto permanecerá en reposo o seguirá moviéndose con velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza externa.

  2. Segunda ley del movimiento de newton

    La fuerza ejercida por un objeto es igual a la masa por la aceleración de dicho objeto: F=ma \small F = m \cdot a.

  3. Tercera ley del movimiento de Newton

    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 primero (para cada acción, siempre hay una reacción igual pero opuesta).

Tipos de fuerzas

Todas las fuerzas de la mecánica clásica están sujetas a tres de las leyes del movimiento de Newton.

  • La fuerza gravitatoria es la atracción entre dos objetos cualesquiera de masa distinta de cero. Caminas sobre el suelo en lugar de flotar debido a esta fuerza: la gravedad. La ejerce todo lo que te rodea, como la pantalla en la que estás leyendo esto. Es tan pequeña que resulta imperceptible.

  • La fuerza normal es la reacción a la fuerza gravitatoria, un ejemplo perfecto de la tercera ley de Newton. Cuando estás de pie, ejerces una fuerza (igual a la fuerza gravitatoria) sobre el piso. El piso ejerce sobre ti una fuerza del mismo valor.

  • La fricción es una fuerza que se opone al movimiento. Es proporcional a la fuerza normal que actúa entre un objeto y el suelo. En invierno, se echa arena sobre las superficies heladas para aumentar la fricción y evitar resbalones.

  • Tensión es una fuerza axial que atraviesa cuerdas, cadenas, muelles y otros objetos cuando hay una tracción externa. Por ejemplo, si estás paseando a tu perro y éste tira de ti hacia delante, se crea tensión en su correa.

  • La fuerza centrípetaes una fuerza que actúa sobre un objeto en rotación. ¿Has estado alguna vez en un carrusel? ¿Recuerdas la sensación de ser empujado hacia fuera? Esa sensación se llama inercia (primera ley de Newton) y la fuerza centrípeta es la que te mantiene rotando.

  • Presión es la medida de la fuerza aplicada sobre una superficie. Si inflas un globo, las partículas de aire de su interior ejercen presión sobre el globo. Todas las partículas sienten la misma fuerza, por lo que el globo se infla uniformemente.

¿Cómo calcular la fuerza?

Veamos algunos ejercicios para que nada te sorprenda en tu clase de física.

1. Halla la fuerza aceleradora y deceleradora (de frenado):

Un guepardo tiene una masa de 50 kg. Acelera desde el reposo hasta 50 km/h en 3 segundos. A continuación, empieza a ralentizarse progresivamente y se detiene al cabo de 8 segundos.

  • Fuerza de aceleración:

    Primero, halla la aceleración:

    50 km/h\small 50 \space \text{km/h} es igual a 13.89 m/s\small 13.89 \space \text{m/s} (lo hemos calculado con el convertidor de rapidez 🇺🇸).

    La aceleración es igual a la diferencia de velocidad en el tiempo:

a=13.89 m/s03 s=4.63 m/s2\qquad\footnotesize a = \frac{13.89\space {\rm m/s} - 0}{ 3\space {\rm s}} = 4.63 \space \rm m/s^2

Calcula la fuerza de aceleración:

Fa=ma=50 kg4.63 m/s2=231.5 N\qquad\footnotesize \begin{split} F_a &= m \cdot a\\ &= 50 \space {\rm kg} \cdot 4.63 \space \rm m/s^2\\ &= 231.5 \space \rm N \end{split}
  • Fuerza deceleradora:
a=013.89 m/s8 s=1.74 m/s2Fd=50 kg(1.74) m/s2=87 N\qquad\footnotesize \begin{split} a &= \frac{0 - 13.89\space \rm m/s}{ 8\space {\rm s}}\\[.7em] &= -1.74 \space \rm m/s^2\\[1em] F_d &= 50 \space {\rm kg} \cdot (-1.74) \space \rm{m/s^2}\\ &= -87 \space \rm N \end{split}

La fuerza de deceleración es negativa porque tiene una dirección opuesta a la fuerza de aceleración.

2. ¿Cuánta fuerza necesitas para acelerar un objeto (m=2 kg \small \bold{ m = 2 \space kg}) en 8 m/s2 \small \bold{8\ \rm{m/s^2}}? ¿Y cuando el objeto es tres veces más pesado? ¿Cómo afecta a la fuerza?

F1=2 kg8 m/s2=16 NF2=32 kg8 m/s2=48 N\qquad\footnotesize \begin{split} F_1 &= 2 \space {\rm kg} \cdot 8 \space \rm{m/s^2} = 16 \space\rm{N}\\[.5em] F_2 &= 3 \cdot 2 \space {\rm kg} \cdot 8 \space \rm{m/s^2} = 48 \space N \end{split}

Si la masa es tres veces más pesada, la fuerza tiene que ser tres veces mayor.

¿Qué es la fuerza neta?

La fuerza es un vector 🇺🇸. Significa que tiene un valor y una dirección. Por eso no puedes sumarla como los números normales (escalares).

La fuerza neta 🇺🇸 (FN\small F_{\text{N}}) es la suma de los vectores de todas las fuerzas individuales que actúan sobre un objeto. Por ejemplo, veamos una bola que cae. Le afectan la fuerza gravitatoria (FG=5 N\small F_{\text{G}} = 5\ \rm N ), la resistencia del aire (FR=1 N\small F_{\rm R} = 1\ \rm N) y la fuerza lateral causada por el viento (FV=2 N\small F_{\rm V} = 2\ \rm N).

Una bola que cae y sobre la que actúan tres fuerzas.
  1. Primero, halla la fuerza neta de las fuerzas verticales. Tienen direcciones opuestas, por lo que, en parte, se anulan mutuamente:
FH=FGFR=5 N1 N=4 N\footnotesize\qquad \begin{split} F_{\rm H} &= F_{\rm G} - F_{\rm R}\\ &= 5\ \rm N - 1\ \rm N\\ &= 4\ \rm N \end{split}
Una bola que cae tiene dos fuerzas que actúan sobre ella: una fuerza de 4N que actúa hacia abajo, y una fuerza de 2N que actúa hacia la derecha.
  1. Ahora, halla la fuerza neta de las dos fuerzas restantes.

    Aquí puedes calcularla utilizando Teorema de Pitágoras (en un triángulo rectángulo: a2+b2=c2\small a^2 + b^2 = c^2 ). Para saber más sobre la suma de vectores, puedes visitar la calculadora de suma de vectores 🇺🇸.

Una bola que cae con una fuerza neta extraída.
FH2+FV2=FN242+22=FN216+4=FN2FN2=20FN=20FN=25\qquad\footnotesize \begin{split} F_{\rm H}^2 + F_{\rm V}^2 &= F_{\rm N}^2 \\[.5em] 4^2 + 2^2 &= F_{\rm N}^2 \\[.5em] 16 + 4 &= F_{\rm N}^2 \\[.5em] F_{\rm N}^2 &= 20 \\[.5em] F_{\rm N} &= \sqrt{20} \\[.5em] F_{\rm N} &= 2\sqrt 5 \end{split}

La fuerza neta que actúa sobre una bola es igual a 2√5 N.

Ahora que ya conoces las tres leyes del movimiento de Newton y la definición de fuerza, consulta una de las calculadoras que aparecen al principio. Allí explicamos con detalle todos los tipos de fuerzas. También hicimos hace poco un divertido experimento en el que probamos qué ganaría una carrera: un rollo de papel higiénico o una botella. ¡Compruébalo para aprender algo sobre el momento de inercia de la masa y la aceleración!

Preguntas frecuentes

¿Cómo calcular la aceleración con la fuerza y la masa?

Para calcular la aceleración dada la fuerza y la masa:

  1. Divide la fuerza entre la masa.
  2. Recuerda utilizar las unidades básicas del SI. Es decir, Newtons para la fuerza y kilogramos para la masa.
  3. Disfruta de tu aceleración en metros por segundo al cuadrado.

¿El peso es una fuerza?

Peso es otro nombre para fuerza gravitatoria. En física, masa y peso no son lo mismo. La masa es una propiedad de un objeto. Se resiste a cualquier cambio de movimiento. El peso es una fuerza que actúa sobre una masa debido a la gravedad. En la Tierra, si tu masa es de 70 kilogramos, tu peso es de unos 700 newtons (exactamente 686.5 newtons).

¿Es la fuerza un vector?

Sí, la fuerza es un vector. Eso significa que está definida tanto por la magnitud como por la dirección. Los escalares, como la masa o la energía, se definen tan solo con la magnitud. Por tanto, si aplicas dos fuerzas a un objeto, no puedes sumarlas como escalares. Tienes que tener en cuenta la dirección y hallar la fuerza neta: la suma vectorial de las fuerzas.

¿Cuál es la fórmula de la fuerza?

La fórmula de la fuerza viene definida por la segunda ley del movimiento de Newton:

La fuerza ejercida por un objeto es igual a la masa por la aceleración de dicho objeto: F = m ⨉ a.

Para utilizar esta fórmula, debes emplear unidades del SI: Newtons para la fuerza, kilogramos para la masa y metros por segundo al cuadrado para la aceleración.

¿Qué ocurre cuando dos fuerzas actúan en la misma dirección?

Cuando dos fuerzas actúan en la misma dirección, se suman sus magnitudes y crean una fuerza neta igual a su suma.

¿Cómo se relacionan la fuerza y el movimiento?

Fuerza es cualquier interacción que, sin oposición, puede cambiar el movimiento de un objeto. Sin fuerza externa, un objeto en movimiento seguirá moviéndose a velocidad y dirección constantes, y un objeto en reposo permanecerá en reposo. Si se aplica una fuerza externa no compensada, un objeto cambiará su movimiento modificando su rapidez y/o dirección.

La relación entre fuerza y movimiento está definida por las leyes del movimiento de Newton.

¿Cuáles son los tipos de fuerzas?

Tipos de fuerzas en física:

  • Fuerzas de contacto: Fuerza normal, fuerza aplicada, fuerza de rozamiento, fuerza de tensión, fuerza de resistencia del aire.
  • Fuerzas sin contacto: Fuerza gravitatoria, fuerza eléctrica, fuerza magnética.

¿La aceleración es una fuerza?

La aceleración no es una fuerza. La aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo. Al igual que la fuerza, la aceleración es un vector, por lo que tiene magnitud y dirección. Según la segunda ley del movimiento de Newton, la aceleración es proporcional a la fuerza: F = m ⨉ a. La dirección de la aceleración de un objeto viene determinada por la dirección de la fuerza neta que actúa sobre ese objeto.

¿La fuerza neta puede ser negativa?

La fuerza neta puede ser tanto positiva como negativa. La fuerza neta es la suma de los vectores de todas las fuerzas individuales que actúan sobre un objeto. Las fuerzas son siempre positivas en magnitud, pero, para que la fuerza neta sea más fácil de calcular, suponemos que las fuerzas que apuntan en direcciones opuestas tienen signos diferentes. Normalmente, decimos que las fuerzas que apuntan a la derecha son positivas y a la izquierda, negativas. Por tanto, si sobre un objeto actúan dos fuerzas de sentido opuesto y la fuerza neta se dirige hacia la izquierda, podemos decir que la fuerza neta es negativa.

¿Cuál es la diferencia entre fuerzas equilibradas y desequilibradas?

Las fuerzas en equilibrio tienen la misma magnitud pero sentido opuesto. Se equilibran entre sí y, por tanto, se anulan mutuamente. Un ejemplo clásico de fuerzas equilibradas sería la fuerza gravitatoria y la fuerza normal que actúan sobre un objeto colocado sobre una superficie horizontal. Las fuerzas equilibradas no provocan cambios en la dirección ni en la rapidez de un objeto.

Las fuerzas desequilibradas no tienen la misma magnitud. Si una fuerza desequilibrada actúa sobre un objeto, impacta en el movimiento del objeto. Por ejemplo, si algo cae, es debido a la fuerza gravitatoria. La fuerza de resistencia del aire contrarresta la gravedad, pero no la equilibra si el objeto pesa demasiado.

¿Las fuerzas equilibradas provocan un cambio en el movimiento?

Las fuerzas equilibradas no provocan un cambio en el movimiento. Dos fuerzas están equilibradas cuando tienen la misma magnitud y sentido opuesto, de modo que se anulan mutuamente. Juntas, no afectan a la rapidez ni a la dirección del movimiento de un objeto.

¿Qué es la fuerza de contacto?

La fuerza de contacto es cualquier fuerza que necesita el contacto para producirse. Tanto la fricción como la fuerza normal son fuerzas de contacto porque aparecen cuando un objeto está en contacto con una superficie. En cambio, una fuerza sin contacto, como la gravedad, actúa sin contacto con un objeto.

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