3.º de ESORuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Dibujar fuerzas sobre un cuerpo y calcular la resultante.
- Aplicar las tres leyes de Newton sin confundir pares de interacción.
- Relacionar fuerza elástica y deformación dentro del límite elástico.
Antes de empezar
- Distinguir masa, velocidad y aceleración.
- Sumar cantidades con sentido opuesto.
- Interpretar flechas como vectores.
Importa la suma de fuerzas
Una fuerza es una interacción capaz de cambiar el movimiento o deformar. Se representa con flecha: origen, dirección, sentido y módulo.
Si la fuerza resultante es cero, el cuerpo puede estar quieto o moverse con velocidad constante; equilibrio no significa necesariamente reposo.
Segunda ley
- F_resultante = m · a
- Para masa constante, la aceleración tiene la dirección y el sentido de la fuerza resultante. Con la misma fuerza, una masa mayor adquiere menor aceleración.
Primera y tercera leyes
La primera ley describe la inercia: sin resultante, no cambia la velocidad. Por eso un objeto suelto tiende a continuar al frenarse el vehículo que lo transporta.
La tercera ley relaciona dos fuerzas iguales y opuestas que actúan sobre cuerpos distintos. No se cancelan en un único diagrama de cuerpo libre.
Resolver una situación
- Elige el cuerpo que estudiarás.
- Dibuja solo las fuerzas que actúan sobre él.
- Suma por direcciones para hallar la resultante.
- Si la masa es constante, aplica a = F_resultante/m.
- Busca la fuerza pareja en el otro cuerpo, no en el mismo.
Un carrito
Sobre un carrito de 5 kg actúan 18 N a la derecha y 8 N a la izquierda.
- Resultante = 18 − 8 = 10 N a la derecha.
- a = 10 N/5 kg.
- La aceleración apunta a la derecha.
a = 2 m/s² hacia la derecha.
Fuerza elástica y ley de Hooke
Dentro del límite elástico, muchos muelles cumplen F = k · Δx: la deformación crece proporcionalmente con la fuerza.
Superar ese límite puede dejar deformación permanente; la proporcionalidad no es universal para cualquier material ni estiramiento.
Qué debes conservar
- Resultante cero implica velocidad constante.
- F = m·a usa la fuerza neta.
- Acción y reacción actúan en cuerpos distintos.
- Hooke vale dentro del límite elástico.
Fuerzas y resultantePrueba otro caso
¿En cuál de estas situaciones la resultante de las fuerzas NO es cero?
Una caja se arrastra por el suelo a velocidad CONSTANTE tirando de ella. ¿Cuánto vale la fuerza resultante sobre la caja?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: Una manzana cayendo del árbol — La velocidad de caída cambia y eso exige resultante no nula.
La manzana va cada vez más rápido, así que algo está cambiando y la resultante no puede ser cero: es su peso, que no tiene nada que lo compense. Las otras tres están quietas o a velocidad constante, y en las tres la resultante es cero.
Respuesta: La resultante es cero: las fuerzas se compensan — La velocidad constante implica aceleración cero y, por tanto, fuerza resultante cero. En horizontal se compensan el tirón y el rozamiento; en vertical, la normal y el peso si no hay otras fuerzas verticales. El movimiento no exige una resultante distinta de cero.
La velocidad constante implica aceleración cero y, por tanto, fuerza resultante cero. En horizontal se compensan el tirón y el rozamiento; en vertical, la normal y el peso si no hay otras fuerzas verticales. El movimiento no exige una resultante distinta de cero.
Aplicar las leyes sin mezclar cuerposPrueba otro caso
El autobús frena de golpe y los viajeros se van hacia delante. ¿Qué ley lo explica?
Un caballo tira de un carro y el carro ejerce sobre el caballo una fuerza igual y opuesta. ¿Por qué esas dos fuerzas no se anulan en el diagrama de fuerzas del carro?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: Primera ley: conservación del movimiento por inercia — La inercia explica que tiendan a continuar con su movimiento previo.
No hay ninguna fuerza que empuje a los viajeros hacia delante, y esa es la clave. El autobús se frena y ellos no, así que siguen a la velocidad que llevaban. La inercia no es una fuerza: es lo que pasa cuando NO hay fuerza.
Respuesta: Porque actúan sobre cuerpos diferentes — La fuerza del caballo sobre el carro actúa sobre el carro; la del carro sobre el caballo actúa sobre el caballo. Son un par de acción y reacción, pero no dos fuerzas sobre el mismo cuerpo. Para estudiar el movimiento del conjunto también hay que considerar la fuerza externa del suelo.
La fuerza del caballo sobre el carro actúa sobre el carro; la del carro sobre el caballo actúa sobre el caballo. Son un par de acción y reacción, pero no dos fuerzas sobre el mismo cuerpo. Para estudiar el movimiento del conjunto también hay que considerar la fuerza externa del suelo.
Fuerza elástica y deformaciónPrueba otro caso
En el tramo en que un muelle cumple la ley de Hooke, ¿qué relación hay entre fuerza y alargamiento?
Dos muelles, uno de 2 N/cm y otro de 8 N/cm, reciben la misma fuerza. ¿Cuál se alarga más?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: Una proporcionalidad directa — En ese tramo, F = k · Δx con k constante. Duplicar F duplica el alargamiento. La región elástica y el tramo proporcional no deben tratarse como sinónimos.
En ese tramo, F = k · Δx con k constante. Duplicar F duplica el alargamiento. La región elástica y el tramo proporcional no deben tratarse como sinónimos.
Respuesta: El de 2 N/cm, porque es más blando — Con igual fuerza, dividir por una constante menor da más alargamiento.
La constante es lo que cuesta alargarlo un centímetro, así que cuanto mayor es, menos se estira con la misma pesa. Con 8 N, el primero se alarga 4 cm y el segundo solo 1 cm.
Diagrama, dinámica y elasticidad
Una caja de 4 kg recibe 18 N a la derecha y 10 N a la izquierda. Calcula resultante y aceleración; después explica por qué esas dos fuerzas no son un par de acción-reacción.
Solución accesible sin interacción
- Demuestra que puedes dibujar fuerzas sobre un cuerpo y calcular la resultante.
- Demuestra que puedes aplicar las tres leyes de Newton sin confundir pares de interacción.
- Demuestra que puedes relacionar fuerza elástica y deformación dentro del límite elástico.
Respuesta: Resultante 8 N a la derecha; aceleración 2 m/s². No son acción-reacción porque actúan sobre la misma caja.
F = m·a da 8/4 = 2. Los pares de tercera ley actúan sobre cuerpos distintos.
Compruébalo ahora
Sobre una caja actúan 18 N hacia la derecha y 7 N hacia la izquierda. Representa ambas fuerzas y calcula la resultante.
Ver solución explicada
Respuesta: Dos flechas horizontales opuestas; la resultante es 11 N hacia la derecha.
Con la derecha como sentido positivo, ΣF = 18 − 7 = 11 N. La resultante apunta hacia la fuerza de mayor módulo.
Una patinadora empuja una pared. ¿Cuál es la pareja de acción-reacción?
- La fuerza de la patinadora sobre la pared y la fuerza de la pared sobre la patinadora
- El peso y la fuerza normal, ambas sobre la patinadora
- Dos fuerzas que se anulan sobre la pared
Ver solución explicada
Respuesta: La fuerza de la patinadora sobre la pared y la fuerza de la pared sobre la patinadora
Tienen igual módulo y sentidos opuestos, pero actúan sobre cuerpos diferentes.
Un muelle de constante k = 200 N/m se alarga 0,030 m dentro de su límite elástico. Calcula la fuerza elástica.
Ver solución explicada
Respuesta: 6,0 N.
F = k·Δx = 200 N/m × 0,030 m = 6,0 N.
Alineación curricular y fuentes
- Física y Química, saberes básicos de primero a tercer curso, bloque D: fuerzas, cambios del movimiento o forma y leyes de Newton en situaciones cotidianas y de seguridad vial. · Real Decreto 217/2022, currículo básico de ESO
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Practicar esto: Leer el diagrama de fuerzas de un cuerpoPracticar esto: Medir una fuerza con un muellePracticar esto: Reconocer qué ley de Newton explica cada situaciónGravedad, cargas e imanesUnidades, cambios de unidad y notación científica