2.º de secundariaRuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Relacionar fuerza neta y aceleración en un modelo rectilíneo.
- Distinguir equilibrio de fuerzas y pares entre cuerpos distintos.
Antes de empezar
- Sumar cantidades con sentidos opuestos y leer N y kg.
La idea central
Una fuerza es una interacción que puede cambiar el movimiento de un cuerpo o deformarlo. Para estudiar su aceleración sumamos las fuerzas que actúan sobre ese mismo cuerpo, con sus sentidos. En una recta, fuerzas opuestas se restan. La fuerza neta no es el nombre de una fuerza adicional escondida.
En el modelo F neta = masa × aceleración. Para una masa fija, una fuerza neta distinta de cero implica cambio de velocidad. Fuerza neta cero permite reposo o velocidad constante en una referencia inercial. Ver un objeto moviéndose no basta para afirmar que hay una fuerza neta hacia adelante.
Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre cuerpos diferentes. Si una mano empuja un carrito, el carrito empuja la mano; no se cancelan al sumar las fuerzas del carrito. Masa y peso también son distintos: la masa mide una propiedad del cuerpo, mientras el peso es una fuerza gravitatoria y depende de la gravedad.
- Fuerza neta
- Suma con dirección de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo seleccionado.
Cómo analizar y comprobar
- Elige el cuerpo cuya aceleración estudiarás.
- Incluye solo fuerzas que actúan sobre él y conserva sus sentidos.
- Calcula fuerza neta y usa la masa; separa aceleración de velocidad actual.
Ejemplo resuelto
Sobre un carrito de 2 kg actúan 6 N al este y 2 N al oeste. Se analizan solo fuerzas horizontales en una referencia inercial. ¿Cuál es su aceleración horizontal?
- Ambas fuerzas actúan sobre el carrito y tienen sentidos opuestos.
- La fuerza neta horizontal es 6 − 2 = 4 N al este.
- La aceleración es 4 N / 2 kg = 2 m/s² al este.
Aceleración de 2 m/s² al este. El dato no fija su velocidad actual.
Un error para investigar
La fuerza del carrito sobre la mano cancela la de la mano sobre el carrito al estudiar el carrito.
Para el carrito se incluyen solo las fuerzas que recibe.
El par entre mano y carrito se reparte entre dos cuerpos distintos.
- Elegir el cuerpo evita cancelar fuerzas que no le pertenecen.
- Aceleración cero no exige velocidad cero.
Compruébalo ahora
Un carrito se mueve en línea recta con velocidad constante. Recibe 5 N a la derecha y 5 N a la izquierda. Pablo asegura que debería detenerse porque la fuerza neta es cero. Corrige su predicción y justifica.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: La fuerza neta es cero y la aceleración es cero. Puede seguir con velocidad constante; esas fuerzas no obligan a detenerlo.
La fuerza neta determina cambio de velocidad, no exige un valor nulo de la velocidad existente.
Dos carritos reciben la misma fuerza neta de 8 N a la derecha. Sus masas son 2 kg y 4 kg. Compara las aceleraciones y explica por qué no basta saber que la fuerza es igual.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: El de 2 kg acelera a 4 m/s² y el de 4 kg a 2 m/s², ambos a la derecha. La misma fuerza cambia menos la velocidad de la masa mayor.
Dividir por cada masa conserva la relación entre interacción y respuesta del cuerpo.
Una mano empuja una caja hacia la derecha; la caja empuja la mano hacia la izquierda. Al estudiar la caja, ¿se suman esas dos fuerzas para obtener cero? Explica qué información adicional necesitarías para obtener su fuerza neta.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: No se suman sobre la caja, porque una actúa sobre la mano. Haría falta conocer las otras fuerzas que recibe la caja, como el rozamiento.
Igualdad y oposición de un par no equivalen al balance de fuerzas sobre un único cuerpo.
Sobre una caja actúan horizontalmente 10 N al este y 4 N al oeste. No se indica su masa ni su velocidad inicial. ¿Qué puede calcularse y qué dos datos del movimiento no quedan determinados?
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: La fuerza neta es 6 N al este. No se calcula la aceleración sin masa ni se conoce su velocidad actual con esos datos.
La suma de fuerzas no proporciona todos los datos cinemáticos del caso.
Alineación curricular y fuentes
- Segundo, Física, Leyes de Newton y fuerzas en equilibrio, p. impresa 66. Referencia inercial. · Programa de Estudio para la Educación Secundaria: Programa Sintético de la Fase 6
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Practicar esto: Fuerzas que se equilibran y fuerzas que aceleran