Composición vectorial de fuerzas

Un enunciado dice: «el viento empuja la vela de una tabla de windsurf con una fuerza de $120\ \text{N}$ hacia el noreste».

1. a) Indica el módulo, la dirección y el sentido de esta fuerza.
2. b) Explica por qué la fuerza es una magnitud vectorial: ¿qué información perderíamos si diéramos solo su valor?

Un cuadro cuelga inmóvil de la pared de un museo.

1. a) ¿Cuánto vale la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre él? Razona tu respuesta.
2. b) ¿Qué le ocurriría al cuadro si esa suma dejara de ser cero?

Los dos propulsores auxiliares de una sonda espacial se encienden a la vez y empujan en la misma dirección y sentido con fuerzas de $250\ \text{N}$ y $400\ \text{N}$. Calcula la fuerza resultante sobre la sonda y representa las dos fuerzas y la resultante con un esquema en tu cuaderno.

En un partido de «tirar de la cuerda» en una feria del pueblo, el equipo local tira hacia la izquierda con una fuerza de $380\ \text{N}$ y el equipo visitante tira hacia la derecha con $350\ \text{N}$. La situación se muestra en la figura.

1. a) Calcula el módulo de la fuerza resultante sobre la cuerda.
2. b) Indica hacia qué equipo empezará a moverse la cuerda y justifícalo.

Dos personas tiran de una caja de mudanza con cuerdas perpendiculares entre sí, una con una fuerza de $60\ \text{N}$ y la otra con $80\ \text{N}$. Dibuja la situación en tu cuaderno y calcula la magnitud de la fuerza resultante sobre la caja aplicando el teorema de Pitágoras.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Dos fuerzas de $4\ \text{N}$ y $3\ \text{N}$ actúan sobre un mismo punto formando un ángulo de $90^\circ$. Dibuja la situación en tu cuaderno con una escala de $1\ \text{cm}$ por newton, aplica la regla del paralelogramo y mide la diagonal para obtener el módulo de la resultante. Comprueba después el resultado con el teorema de Pitágoras y compara ambos valores.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Los dos motores de un robot de competencia empujan de modo que las componentes de la fuerza total sobre el robot son $F_x = 12\ \text{N}$ y $F_y = 5\ \text{N}$. Calcula el módulo de la fuerza resultante.

El cable de una grúa de obra tira de una viga con una fuerza de $400\ \text{N}$ que forma $60^\circ$ con la horizontal, como se muestra en la figura.

Usando $\sen 60^\circ \approx 0.87$ y $\cos 60^\circ = 0.5$:

1. a) Calcula las componentes horizontal y vertical de la fuerza.
2. b) Indica cuál de las dos componentes eleva la viga.

Un operario deja una tarima (palet) de $60\ \text{kg}$ en reposo sobre una rampa de carga que forma $37^\circ$ con la horizontal, como se muestra en la figura.

Toma $g \approx 10\ \text{m/s}^2$ y usa $\sen 37^\circ \approx 0.6$ y $\cos 37^\circ \approx 0.8$.

1. a) Calcula el peso de la tarima.
2. b) Calcula la componente del peso paralela a la rampa y la componente perpendicular a ella.
3. c) Indica cuál de las dos componentes tiende a hacer deslizar la tarima rampa abajo.

Una cometa vuela en equilibrio sujeta por un hilo que tira de ella con una tensión de $50\ \text{N}$ formando $37^\circ$ con la horizontal, en dirección hacia la mano que la sujeta (es decir, hacia abajo y hacia delante), como se muestra en la figura.

Usa $\sen 37^\circ \approx 0.6$ y $\cos 37^\circ \approx 0.8$.

1. a) Calcula las componentes horizontal y vertical de la tensión sobre la cometa.
2. b) Si la cometa pesa $20\ \text{N}$, calcula la fuerza vertical que debe ejercer el viento sobre ella para que se mantenga en equilibrio, aplicando $\sum \vec{F} = 0$ en la dirección vertical.

Dos rescatistas tiran de una camilla de emergencias con dos cuerdas. Las fuerzas que ejercen, en componentes, son $\vec{F}_1 = (30,\ 40)\ \text{N}$ y $\vec{F}_2 = (-30,\ 40)\ \text{N}$.

1. a) Calcula las componentes de la fuerza resultante sobre la camilla.
2. b) Calcula el módulo de la resultante.
3. c) Explica por qué se cancelan las componentes horizontales y qué ventaja tiene este reparto simétrico para el transporte.

Sobre una anilla actúan tres fuerzas de componentes $\vec{F}_1 = (6,\ 0)\ \text{N}$, $\vec{F}_2 = (0,\ 8)\ \text{N}$ y $\vec{F}_3 = (-6,\ -8)\ \text{N}$.

1. a) Dibuja en tu cuaderno las tres fuerzas una a continuación de la otra (regla del polígono) y describe qué le pasa al polígono de fuerzas.
2. b) Comprueba numéricamente que $\sum \vec{F} = 0$ sumando las componentes en cada eje.
3. c) Indica en qué estado mecánico se encuentra la anilla.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Sobre el anillo de una mesa de fuerzas del laboratorio actúan tres fuerzas de componentes $\vec{F}_1 = (8,\ 6)\ \text{N}$, $\vec{F}_2 = (-3,\ 2)\ \text{N}$ y $\vec{F}_3 = (-5,\ -8)\ \text{N}$.

1. a) Suma las componentes de las tres fuerzas en cada eje y comprueba que el anillo está en equilibrio.
2. b) Si se retira de repente la fuerza $\vec{F}_3$, calcula las componentes de la fuerza resultante que queda sobre el anillo.
3. c) Predice hacia dónde empezará a moverse el anillo en ese caso y justifícalo.

Tres voluntarios tiran de una red varada en una jornada de limpieza de playa, cada uno con una fuerza de $120\ \text{N}$, y las tres cuerdas forman entre sí ángulos de $120^\circ$, como se muestra en la figura.

1. a) Tomando una de las fuerzas en la dirección del eje $x$, escribe las componentes de las tres fuerzas (usa $\cos 120^\circ = -0.5$ y $\sen 120^\circ \approx 0.87$).
2. b) Suma las componentes y comprueba que la resultante es prácticamente cero. ¿Se mueve la red?
3. c) Si uno de los voluntarios suelta su cuerda, calcula la fuerza resultante que queda sobre la red y predice qué ocurrirá.

Dos remolcadores tiran de una barcaza por un canal con cables simétricos que forman $37^\circ$ con el eje del canal, cada uno con una fuerza de $5000\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

Usa $\sen 37^\circ \approx 0.6$ y $\cos 37^\circ \approx 0.8$.

1. a) Calcula la componente de cada fuerza a lo largo del canal y la fuerza resultante sobre la barcaza.
2. b) Explica por qué las componentes laterales se cancelan y qué ventaja tiene que los cables sean simétricos.
3. c) Si uno de los remolcadores suelta su cable, calcula la componente lateral que aparece y predice qué le pasará a la trayectoria de la barcaza.

Una maceta de $1.2\ \text{kg}$ cuelga en reposo de una cuerda en el porche de una casa. Toma $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula el peso de la maceta.
2. b) ¿Qué fuerza ejerce la cuerda sobre la maceta? Justifícalo aplicando la condición de equilibrio de una partícula, $\sum \vec{F} = 0$.

El letrero de una tienda, que pesa $100\ \text{N}$, cuelga de un nudo del que salen dos cuerdas: una horizontal, atada a la pared, y otra que sube hasta el techo formando $30^\circ$ con la horizontal. Usa $\sen 30^\circ = 0.5$ y $\cos 30^\circ \approx 0.87$.

1. a) Dibuja en tu cuaderno el diagrama de fuerzas sobre el nudo.
2. b) Aplica la condición de equilibrio en la dirección vertical y calcula la tensión de la cuerda inclinada.
3. c) Aplica la condición de equilibrio en la dirección horizontal y calcula la tensión de la cuerda horizontal.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Un bloque de $50\ \text{kg}$ está en reposo sobre una rampa de $37^\circ$, sujeto por una cuerda paralela a la rampa. Toma $g \approx 10\ \text{m/s}^2$ y usa $\sen 37^\circ \approx 0.6$ y $\cos 37^\circ \approx 0.8$. Se desprecia la fricción.

1. a) Calcula el peso del bloque y descompónlo en las direcciones paralela y perpendicular a la rampa.
2. b) Aplica la condición de equilibrio en la dirección paralela y calcula la tensión de la cuerda.
3. c) Calcula la fuerza normal que ejerce la rampa. Si la rampa se inclinara más, razona cómo cambiarían la tensión necesaria y la normal.

Una lámpara de $4\ \text{kg}$ cuelga en equilibrio del techo de un porche, sujeta por dos cables simétricos que forman $30^\circ$ con el techo, como se muestra en la figura.

Toma $g \approx 10\ \text{m/s}^2$ y usa $\sen 30^\circ = 0.5$.

1. a) Dibuja en tu cuaderno las fuerzas que actúan sobre la lámpara.
2. b) Aplica la condición de equilibrio en la dirección vertical y calcula la tensión de cada cable.
3. c) Compara la tensión con el peso de la lámpara y explica qué les ocurriría a las tensiones si el ángulo con el techo fuese más pequeño. ¿Podrían quedar los cables perfectamente horizontales? Justifícalo.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Tiras de un trineo con una cuerda que forma $37^\circ$ con la horizontal, ejerciendo una fuerza de $250\ \text{N}$, y el trineo avanza por la nieve con velocidad constante, como se muestra en la figura.

Usa $\sen 37^\circ \approx 0.6$ y $\cos 37^\circ \approx 0.8$.

1. a) Calcula las componentes horizontal y vertical de tu fuerza.
2. b) Calcula la fuerza de fricción que actúa sobre el trineo, aplicando la condición de equilibrio en la dirección horizontal.
3. c) El trineo se mueve y, sin embargo, afirmas que está en equilibrio. Resuelve la aparente contradicción apoyándote en la primera ley de Newton.