Fuerzas de tracción

Ejemplos de fuerza de atracción

Piensa en una fuerza de tracción como la fuerza responsable de mover un objeto desde un estado de reposo hacia la fuente de la fuerza. El objeto se aleja de la superficie de la fuerza aplicada. El tiempo que tarda en moverse el objeto depende de la fuerza de reacción ejercida por el objeto.

La dirección de una fuerza de tracción es la opuesta a la de una fuerza de empuje.

Ahora que conocemos bien el funcionamiento de las fuerzas de atracción de contacto, vamos a examinar más detenidamente la fuerza magnética como ejemplo de fuerza de atracción de largo alcance.

Fuerza de atracción magnética

Piensa en los principios básicos del funcionamiento de un imán. Los imanes son capaces de producir campos magnéticos, atrayendo polos opuestos y repeliendo polos afines. La fuerza de atracción de un imán es la fuerza necesaria para arrancarlo verticalmente de una placa de cualquier material ferromagnético. Es un método fiable para medir el límite de la fuerza de atracción de un imán. Los vendedores y fabricantes que indican la fuerza de atracción de un imán deben realizar este tipo de prueba para determinar la fuerza antes de poder anunciar la cifra. Para obtener la lectura más precisa de la fuerza de atracción, la prueba debe realizarse de tres formas distintas, cada una de ellas suponiendo que la fuerza utilizada para tirar del imán se aplica perpendicularmente a una superficie plana:

1. Mediante la prueba de fuerza de atracción mencionada anteriormente.

2. 2. Colocando imanes entre dos placas de acero.

3. 3. Determinando la fuerza necesaria para separar un imán de otro imán idéntico.

Tres métodos de prueba de la fuerza de atracción para medir la fuerza de los imanes StudySmarter Originals

Examinemos ahora cómo medir la fuerza de atracción de la gravedad como otro caso de fuerza de atracción de largo alcance.

Una medida de la fuerza de atracción de la gravedad

En términos fundamentales, sabemos que el peso mide la fuerza de la gravedad que tira de un objeto. El peso es otra palabra para designar la fuerza de gravedad cerca de la superficie de un planeta. La unidad SI para el peso es elnewton.

El peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo.

\F_{\text{g}} = mg.\]

Numéricamente, sabemos que \(g\) es la aceleración debida a la gravedad. Cerca de la superficie de la Tierra, tiene un valor de \(9,8 \mathrm{m} / \mathrm{s}^2\). Podemos deducir este valor resolviendo la aceleración en la segunda ley de Newton,

\[F = ma,\\]

donde la fuerza neta viene dada por la ley de la gravitación universal de Newton:

\[F = G \frac{Mm}{r^2}.\]

Utilizando \(g\) para denotar la aceleración y sustituyendo la segunda ecuación en la primera, obtenemos

\[g = G \frac{M}{r^2}.\]

Cerca de la superficie terrestre, podemos utilizar el valor del radio de la Tierra para \(r\) y el valor de su masa para \(M\). Sin embargo, esto deja a \(G\), la constante gravitatoria, como una incógnita sin la cual no podemos justificar nuestra medida de la fuerza de atracción de la gravedad. Actualmente, atribuimos la primera derivación empírica del valor de \(G\) a Henry Cavendish.

El experimento de Cavendish

Henry Cavendish realizó un experimento clásico que determinó por primera vez el valor de la constante de Newton \(G\ ), y pudo medir la fuerza de atracción de la gravedad. Determinó la densidad de la Tierra utilizando un dispositivo de balanza de torsión para medir la débil fuerza gravitatoria entre bolas de plomo. Cuando las bolas de plomo se atraían entre sí, la barra giraba para vencer una resistencia de torsión del alambre igual a la fuerza gravitatoria entre las bolas. Esto se debe a que la resistencia es función del ángulo girado y del coeficiente de torsión del alambre. En cierto ángulo, la torsión es igual a la fuerza gravitatoria. En el artículo publicado por Cavendish sobre el experimento, dio el valor de la densidad y la masa de la Tierra, pero nunca mencionó el valor de \ (G\). Hasta que otros científicos no repitieron el experimento no llegaron al valor moderno de \( G\). Sin embargo, el valor de \(G\ ) deducido del experimento de Cavendish era muy exacto y se situaba dentro del 1% de las mediciones actuales.

La balanza de torsión permite medir la fuerza de atracción de la gravedad dominio público

Cálculos de fuerzas de tracción

Terminemos esta explicación considerando algunos ejemplos en los que intervienen fuerzas de tracción.

Recuerda que la primera ley del movimiento o ley de la inercia de Newton dice que un objeto en estado de reposo sigue estando en estado de reposo o se mueve con velocidad uniforme hasta que actúa sobre él una fuerza externa desequilibrada. Repasemos esta ley con un ejemplo trabajado:

La segunda ley de Newton dice que la aceleración producida en un objeto es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él e inversamente proporcional a la masa del objeto. Si se ejerce una fuerza neta sobre un objeto, la velocidad del objeto cambiará, porque una fuerza neta ejercida sobre un objeto puede hacer que aumente su velocidad. O, si la fuerza neta es en sentido contrario al movimiento, la fuerza reducirá la velocidad del objeto.

Veamos un ejemplo de utilización de la segunda ley de Newton para resolver un problema: