Fuerzas cotidianas: peso, normal, rozamiento, tensión y empuje

Calculá el peso de una mochila de $5\ \text{kg}$ (tomá $g = 9,8\ \text{m/s}^2$) e indicá hacia dónde apunta esa fuerza.

Una balanza de baño marca $60\ \text{kg}$.

1. a) ¿Qué mide realmente la balanza: la masa o el peso?
2. b) ¿Cuál es el peso de esa persona en newtons (tomá $g = 9,8\ \text{m/s}^2$)?
3. c) ¿Qué marcaría la balanza en la Luna, donde la gravedad es menor? Razoná la respuesta.

Un astronauta tiene una masa de $80\ \text{kg}$.

1. a) Calculá su peso en la Tierra ($g = 9,8\ \text{m/s}^2$).
2. b) Calculá su peso en la Luna, donde $g = 1,6\ \text{m/s}^2$.
3. c) ¿Cambió su masa al ir a la Luna? ¿Y su peso? Explicá la diferencia entre ambos conceptos.

Un libro de $2\ \text{kg}$ está quieto sobre una mesa (tomá $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibujá en tu cuaderno las fuerzas que actúan sobre el libro.
2. b) Calculá el peso del libro y la fuerza normal que ejerce la mesa.

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

Una taza está apoyada sobre la mesada de la cocina. ¿Qué cuerpo ejerce la fuerza normal sobre la taza? ¿En qué dirección apunta? ¿Por qué crees que se llama fuerza «normal»?

Una persona de $60\ \text{kg}$ está parada sobre una balanza dentro de un ascensor (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánto marca la balanza con el ascensor en reposo?
2. b) Cuando el ascensor acelera hacia arriba a $2\ \text{m/s}^2$, la normal vale $N = m \cdot (g + a)$: calculá lo que marca la balanza en ese caso.
3. c) ¿Cambió el peso real de la persona? Explicá qué es lo que cambió.

Sobre un libro apoyado en la mesa actúan el peso y la normal, que tienen el mismo valor y sentidos opuestos. Un alumno afirma: «como son iguales y opuestas, son un par de acción y reacción». Explicá por qué se equivoca, indicando sobre qué cuerpo actúa cada una de esas fuerzas y cuál es la verdadera fuerza «pareja» de cada una según el principio de acción y reacción.

Una persona de $60\ \text{kg}$ está de pie sobre una balanza dentro de un ascensor y la balanza marca $660\ \text{N}$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calculá el peso real de la persona.
2. b) Calculá la fuerza neta que actúa sobre ella.
3. c) Deducí el valor y el sentido de la aceleración del ascensor.

Un jugador de rugby se arrastra por el césped tras un tackle. Dibujá en tu cuaderno al jugador deslizándose hacia la derecha y representá la fuerza de rozamiento sobre él: ¿hacia dónde apunta y por qué?

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

Un cajón de $20\ \text{kg}$ se arrastra por un piso para el que la fuerza de rozamiento viene dada por $F_r = \mu \cdot N$, con $\mu = 0,3$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calculá la fuerza normal sobre el cajón.
2. b) Calculá la fuerza de rozamiento.
3. c) ¿Qué fuerza horizontal mínima hay que aplicar para que el cajón avance con velocidad constante? Justificalo.

Un operario arrastra una caja de $10\ \text{kg}$ por el piso horizontal con una fuerza de $60\ \text{N}$, y el rozamiento vale $30\ \text{N}$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$). La figura muestra las fuerzas que actúan sobre la caja.

1. a) Calculá el peso de la caja y la normal del piso.
2. b) Calculá la fuerza neta horizontal y la aceleración de la caja.

Un estudiante empuja un mueble cada vez con más fuerza: con $10\ \text{N}$ no se mueve, con $20\ \text{N}$ no se mueve, con $30\ \text{N}$ no se mueve y con $35\ \text{N}$ empieza a deslizar.

1. a) ¿Cuánto valía la fuerza de rozamiento en cada uno de los tres primeros casos? Justificalo con el principio fundamental.
2. b) ¿Cuál es el valor máximo de la fuerza de rozamiento estático entre el mueble y el piso?
3. c) Una vez en movimiento, ¿esperás que el rozamiento siga valiendo lo mismo? Razoná la respuesta con lo que sabés del rozamiento estático y del dinámico.

Una lámpara de $3\ \text{kg}$ cuelga del techo sujeta por un cable (tomá $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué fuerzas actúan sobre la lámpara y quién las ejerce?
2. b) Calculá la tensión del cable.

Dos equipos tiran de una cuerda en sentidos opuestos, cada uno con una fuerza de $350\ \text{N}$, y la cuerda no se mueve, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánto vale la tensión en cualquier punto de la cuerda? (Cuidado: no es la suma de las dos fuerzas; razoná por qué.)
2. b) Si uno de los equipos suelta la cuerda, ¿qué ocurre con la tensión y con el movimiento de la cuerda? Explicalo.

Una locomotora de $2000\ \text{kg}$ tira de dos vagones iguales de $2000\ \text{kg}$ cada uno con una fuerza de $6000\ \text{N}$ (considerá despreciable el rozamiento).

1. a) Calculá la aceleración del conjunto.
2. b) Calculá la tensión del enganche entre la locomotora y el primer vagón.
3. c) Calculá la tensión del enganche entre los dos vagones y explicá por qué es menor que la anterior.

Cuando sumergís una pelota de playa en la piscina y la soltás, sale disparada hacia arriba. ¿Qué fuerza, además del peso, actúa sobre la pelota mientras está sumergida? ¿Qué cuerpo la ejerce y hacia dónde apunta?

Una piedra pesa $10\ \text{N}$ en el aire y, colgada de un dinamómetro y sumergida en agua, el aparato marca $6\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánto vale el empuje del agua sobre la piedra?
2. b) ¿Hacia dónde apunta esa fuerza?
3. c) Si la piedra se soltara dentro del agua, ¿se hundiría o flotaría? Razoná la respuesta comparando el peso con el empuje.

Un barco de acero de $50000\ \text{kg}$ flota en el puerto, mientras que un perno de acero de $50\ \text{g}$ se hunde hasta el fondo (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) Calculá el peso de cada uno (cuidado con las unidades de masa).
2. b) Si el barco flota en equilibrio, ¿cuánto vale el empuje del agua sobre él?
3. c) Explicá, hablando del volumen de agua que desplaza cada uno, cómo es posible que el barco genere un empuje tan grande y el perno no, siendo ambos de acero.

Una maceta está apoyada en el alféizar de una ventana, en reposo. Enumerá las fuerzas que actúan sobre ella indicando qué cuerpo ejerce cada una, y dibujá el diagrama de fuerzas en tu cuaderno.

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

Un montacargas sube una carga de $60\ \text{kg}$ con una aceleración de $2\ \text{m/s}^2$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibujá en tu cuaderno las fuerzas que actúan sobre la carga.
2. b) Calculá su peso.
3. c) Aplicá el principio fundamental para calcular la tensión del cable.

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

Una caja de $5\ \text{kg}$ está sobre el piso horizontal y se la empuja con una fuerza horizontal de $40\ \text{N}$; el rozamiento vale $20\ \text{N}$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibujá en tu cuaderno las cuatro fuerzas que actúan sobre la caja, nombrando cada una y el cuerpo que la ejerce.
2. b) Calculá el valor de las cuatro fuerzas.
3. c) Calculá la fuerza neta sobre la caja y su aceleración.

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

Un camión circula por ruta a velocidad constante y su motor ejerce una fuerza de $2000\ \text{N}$.

1. a) ¿Cuánto vale la fuerza de rozamiento total (aire y ruedas) en esas condiciones? Justificalo con el principio fundamental.
2. b) Si el motor aumenta su fuerza a $2600\ \text{N}$ y el rozamiento se mantiene, calculá la fuerza neta y explicá qué le ocurre a la velocidad del camión.
3. c) El rozamiento con el aire crece con la velocidad: explicá con ayuda de este dato por qué el camión no puede superar cierta velocidad máxima por mucho que se pise el acelerador.

Un paracaidista de $70\ \text{kg}$ desciende con el paracaídas abierto a velocidad constante de $5\ \text{m/s}$ (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Cuánto vale la fuerza de resistencia del aire sobre el paracaídas? Justificalo con el principio fundamental.
2. b) Antes de abrirse el paracaídas, el paracaidista caía también a velocidad constante, de $50\ \text{m/s}$. ¿Era entonces la resistencia del aire mayor, menor o igual que con el paracaídas abierto? Razoná la respuesta.
3. c) Explicá qué ocurre con la fuerza neta en el instante en que se abre el paracaídas y por qué el paracaidista frena hasta alcanzar una nueva velocidad constante.

Un alumno afirma: «la normal siempre vale lo mismo que el peso». Para comprobarlo, se coloca una caja de $10\ \text{kg}$ sobre el piso y se tira de ella hacia arriba con una cuerda que ejerce $30\ \text{N}$, sin llegar a levantarla (tomá $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibujá en tu cuaderno las tres fuerzas verticales que actúan sobre la caja.
2. b) Como la caja está en reposo, calculá el valor de la normal.
3. c) Explicá por qué la afirmación del alumno es falsa en general e indicá en qué caso concreto sí sería cierta.

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