Las fuerzas son fundamentales en la comprensión de la física, ya que son las responsables de alterar el estado de movimiento de los objetos. En esta sección, exploraremos los conceptos clave relacionados con las fuerzas en 4º de ESO, incluyendo su clasificación, las leyes de Newton y su aplicación en situaciones cotidianas. A través de diferentes ejemplos y explicaciones detalladas, los estudiantes podrán reforzar su conocimiento y prepararse adecuadamente para sus exámenes.
Ejercicios y problemas resueltos
En esta sección, ofrecemos una variedad de ejercicios y problemas resueltos que permitirán a los alumnos practicar y afianzar lo aprendido sobre las fuerzas. Cada ejercicio incluye su respectiva solución para facilitar el aprendizaje y la comprensión de los conceptos tratados.
Ejercicio 1:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Un estudiante aplica una fuerza constante de 20 N sobre el objeto. Considerando que el coeficiente de fricción entre el objeto y la superficie es de 0.1, determina:
a) La fuerza de fricción que actúa sobre el objeto.
b) Si el objeto comienza a moverse, calcula la aceleración que experimentará.
c) ¿Qué fuerza neta actúa sobre el objeto después de que comienza a moverse?
Recuerda utilizar la fórmula de la fuerza de fricción \( F_{f} = \mu \cdot F_{N} \), donde \( \mu \) es el coeficiente de fricción y \( F_{N} \) es la fuerza normal.
Solución: Respuesta:
a) La fuerza de fricción que actúa sobre el objeto es \( F_{f} = 5 \, \text{N} \).
b) La aceleración que experimentará el objeto al comenzar a moverse es \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \).
c) La fuerza neta que actúa sobre el objeto después de que comienza a moverse es \( F_{net} = 15 \, \text{N} \).
---
Explicación:
a) Para calcular la fuerza de fricción, utilizamos la fórmula:
\[
F_{f} = \mu \cdot F_{N}
\]
Donde:
- \( \mu = 0.1 \) (coeficiente de fricción)
- \( F_{N} \) (fuerza normal) es igual al peso del objeto, que se calcula como \( F_{N} = m \cdot g = 5 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 = 49.05 \, \text{N} \).
Sustituyendo:
\[
F_{f} = 0.1 \cdot 49.05 \, \text{N} \approx 4.91 \, \text{N} \quad \text{(redondeando a 5 N)}
\]
b) Para determinar la aceleración, primero encontramos la fuerza neta. La fuerza aplicada es 20 N, y la fuerza de fricción que se opone es aproximadamente 5 N:
\[
F_{net} = F_{aplicada} - F_{f} = 20 \, \text{N} - 5 \, \text{N} = 15 \, \text{N}
\]
Luego, aplicamos la segunda ley de Newton \( F = m \cdot a \):
\[
a = \frac{F_{net}}{m} = \frac{15 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
c) La fuerza neta que actúa sobre el objeto después de que comienza a moverse ya la calculamos en el inciso b):
\[
F_{net} = 15 \, \text{N}
\]
Con esto, hemos resuelto el problema paso a paso.
Ejercicio 2:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se le aplica una fuerza de 20 N hacia la derecha, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la fricción es despreciable. Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \(4 \, \text{m/s}^2\)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta \( F \) que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa \( m \) y su aceleración \( a \). Esto se expresa con la fórmula:
\[
F = m \cdot a
\]
En este caso, la fuerza aplicada es \( 20 \, \text{N} \) y la masa del objeto es \( 5 \, \text{kg} \). Necesitamos despejar \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es de \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 3:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se le aplica una fuerza constante de 10 N en línea recta, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la fricción es despreciable. Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( 2 \, \text{m/s}^2 \)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa y la aceleración que experimenta. La fórmula es:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza neta (10 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración.
Despejamos \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{10 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 2 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 2 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 4:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza de 20 N hacia la derecha, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la única fuerza que actúa sobre el objeto es la fuerza aplicada y que no hay fricción. Utiliza la segunda ley de Newton \( F = m \cdot a \) para resolver el problema.
Solución: Respuesta: La aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Explicación: Según la segunda ley de Newton, la fuerza neta \( F \) que actúa sobre un objeto es igual a la masa \( m \) del objeto multiplicada por su aceleración \( a \):
\[
F = m \cdot a
\]
En este caso, tenemos una fuerza de \( 20 \, \text{N} \) y una masa de \( 5 \, \text{kg} \). Para encontrar la aceleración, despejamos la fórmula:
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 5:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa y su aceleración, es decir:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza neta (20 N en este caso),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración que queremos encontrar.
Reorganizamos la fórmula para despejar \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 6:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la fricción es despreciable. ¿Qué distancia recorrerá el objeto en 3 segundos desde que se aplica la fuerza? Usa la fórmula \( F = m \cdot a \) para calcular la aceleración y la ecuación del movimiento rectilíneo uniforme acelerado para la distancia.
Solución: Respuesta: La aceleración del objeto es \(4 \, \text{m/s}^2\) y la distancia recorrida en 3 segundos es \(18 \, \text{m}\).
Explicación:
Primero, utilizamos la fórmula de la segunda ley de Newton para calcular la aceleración \(a\):
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \(F = 20 \, \text{N}\) (fuerza aplicada)
- \(m = 5 \, \text{kg}\) (masa del objeto)
Despejando para \(a\):
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Ahora, para calcular la distancia \(d\) recorrida en 3 segundos, utilizamos la ecuación del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado:
\[
d = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} a t^2
\]
Donde:
- \(v_0 = 0 \, \text{m/s}\) (velocidad inicial, ya que el objeto está en reposo)
- \(t = 3 \, \text{s}\) (tiempo)
- \(a = 4 \, \text{m/s}^2\) (aceleración)
Sustituyendo los valores:
\[
d = 0 \cdot 3 + \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot (3)^2 = \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot 9 = 18 \, \text{m}
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \(4 \, \text{m/s}^2\) y la distancia recorrida en 3 segundos es \(18 \, \text{m}\).
Ejercicio 7:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que el coeficiente de fricción cinética entre el objeto y la superficie es de 0.2. Calcula también la fuerza de fricción que actúa sobre el objeto. Usa la fórmula \( F = m \cdot a \) y \( F_{\text{fricción}} = \mu \cdot N \), donde \( \mu \) es el coeficiente de fricción y \( N \) es la fuerza normal.
Solución: Respuesta: La aceleración del objeto es \( a = 2 \, \text{m/s}^2 \) y la fuerza de fricción que actúa sobre el objeto es \( F_{\text{fricción}} = 10 \, \text{N} \).
Explicación:
1. Cálculo de la fuerza normal (N):
- El objeto está en una superficie horizontal, por lo que la fuerza normal es igual al peso del objeto.
- \( N = m \cdot g \)
- Donde \( m = 5 \, \text{kg} \) y \( g = 9.81 \, \text{m/s}^2 \).
- \( N = 5 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 = 49.05 \, \text{N} \).
2. Cálculo de la fuerza de fricción:
- Usamos la fórmula \( F_{\text{fricción}} = \mu \cdot N \).
- Donde \( \mu = 0.2 \).
- \( F_{\text{fricción}} = 0.2 \cdot 49.05 \, \text{N} = 9.81 \, \text{N} \) (aproximamos a 10 N).
3. Cálculo de la fuerza neta (F_net):
- La fuerza neta es la fuerza aplicada menos la fuerza de fricción.
- \( F_{\text{net}} = F_{\text{aplicada}} - F_{\text{fricción}} = 20 \, \text{N} - 10 \, \text{N} = 10 \, \text{N} \).
4. Cálculo de la aceleración (a):
- Aplicamos la fórmula \( F = m \cdot a \).
- Entonces, \( a = \frac{F_{\text{net}}}{m} = \frac{10 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 2 \, \text{m/s}^2 \).
Por lo tanto, el objeto experimenta una aceleración de \( 2 \, \text{m/s}^2 \) y la fuerza de fricción que actúa sobre él es de \( 10 \, \text{N} \).
Ejercicio 8:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N sobre él, ¿cuál será la aceleración del objeto? Utiliza la fórmula \( F = m \cdot a \) para resolver el problema, donde \( F \) es la fuerza aplicada, \( m \) es la masa del objeto y \( a \) es la aceleración.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la fórmula \( F = m \cdot a \), donde \( F \) es la fuerza aplicada (20 N), \( m \) es la masa del objeto (5 kg), y \( a \) es la aceleración que queremos calcular.
Despejamos la fórmula para \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 9:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N hacia la derecha, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta (\( F \)) que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa (\( m \)) y su aceleración (\( a \)). Matemáticamente, esto se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
En este caso, sabemos que la fuerza aplicada \( F = 20 \, \text{N} \) y la masa del objeto \( m = 5 \, \text{kg} \). Para encontrar la aceleración, despejamos \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es de \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 10:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en la dirección del movimiento, ¿cuál será la aceleración del objeto? Utiliza la segunda ley de Newton, \( F = m \cdot a \), para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa y su aceleración, expresado como \( F = m \cdot a \).
En este caso, tenemos:
- Fuerza \( F = 20 \, \text{N} \)
- Masa \( m = 5 \, \text{kg} \)
Podemos despejar la aceleración \( a \) de la siguiente manera:
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 11:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
donde \( F \) es la fuerza aplicada, \( m \) es la masa del objeto y \( a \) es la aceleración.
En este caso, tenemos:
- Fuerza \( F = 20 \, \text{N} \)
- Masa \( m = 5 \, \text{kg} \)
Despejamos \( a \) de la fórmula:
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 12:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Usa la fórmula \( F = m \cdot a \) para calcular la aceleración.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la fórmula de la segunda ley de Newton:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza aplicada (20 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración que queremos encontrar.
Despejamos la aceleración \( a \):
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es de \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 13:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
donde \( F \) es la fuerza neta aplicada, \( m \) es la masa del objeto y \( a \) es la aceleración. En este caso, tenemos:
- \( F = 20 \, \text{N} \)
- \( m = 5 \, \text{kg} \)
Despejamos la aceleración \( a \):
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 14:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. Usa la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
donde:
- \( F \) es la fuerza neta aplicada (20 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración.
Reorganizando la fórmula para despejar \( a \), tenemos:
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 15:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. ¿Qué distancia recorrerá en 4 segundos? Utiliza la segunda ley de Newton \( F = m \cdot a \) para resolver el problema.
Solución: Respuesta: La aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \) y la distancia recorrida en 4 segundos es \( 32 \, \text{m} \).
Explicación:
Para encontrar la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza aplicada (20 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración.
Despejamos \( a \):
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Ahora, para calcular la distancia que recorrerá el objeto en 4 segundos, utilizamos la fórmula del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado:
\[
d = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} a \cdot t^2
\]
Dado que el objeto parte del reposo, \( v_0 = 0 \), así que la fórmula se simplifica a:
\[
d = \frac{1}{2} a \cdot t^2
\]
Sustituyendo los valores:
\[
d = \frac{1}{2} \cdot 4 \, \text{m/s}^2 \cdot (4 \, \text{s})^2 = \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot 16 = 32 \, \text{m}
\]
Por lo tanto, el objeto recorrerá \( 32 \, \text{m} \) en 4 segundos.
Ejercicio 16:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 20 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la fricción es despreciable. Usa la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 4 \, \text{m/s}^2 \)
Para resolver el ejercicio, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta \( F \) es igual a la masa \( m \) del objeto multiplicada por su aceleración \( a \):
\[
F = m \cdot a
\]
Dado que la masa \( m = 5 \, \text{kg} \) y la fuerza aplicada \( F = 20 \, \text{N} \), podemos despejar la aceleración:
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{20 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 4 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 4 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 17:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 15 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \)
Para resolver este problema, utilizamos la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza neta aplicada (15 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración que queremos encontrar.
Despejamos la aceleración \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{15 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 3 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 18:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 15 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. Utiliza la segunda ley de Newton para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( a = 3 \, \text{m/s}^2 \)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la segunda ley de Newton, que establece que la fuerza neta (\( F \)) que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa (\( m \)) y su aceleración (\( a \)). La fórmula es:
\[
F = m \cdot a
\]
Dado que la fuerza aplicada es de 15 N y la masa del objeto es de 5 kg, podemos despejar la aceleración:
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{15 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 3 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 19:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 15 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que no hay fricción. Usa la fórmula \( F = ma \) para resolver el problema y expresa la respuesta en \( \text{m/s}^2 \).
Solución: Respuesta: \( 3 \, \text{m/s}^2 \)
Para calcular la aceleración del objeto, utilizamos la fórmula de la segunda ley de Newton:
\[
F = ma
\]
donde:
- \( F \) es la fuerza aplicada (15 N),
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg),
- \( a \) es la aceleración que queremos encontrar.
Despejamos \( a \):
\[
a = \frac{F}{m} = \frac{15 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto es \( 3 \, \text{m/s}^2 \).
Ejercicio 20:Un objeto de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. Si se aplica una fuerza constante de 15 N en dirección horizontal, ¿cuál será la aceleración del objeto? Considera que la única fuerza que actúa sobre el objeto, además de la fuerza aplicada, es la fuerza de gravedad. Utiliza la fórmula \( F = m \cdot a \) para resolver el problema.
Solución: Respuesta: \( 3 \, \text{m/s}^2 \)
Para resolver el problema, utilizamos la fórmula de la segunda ley de Newton, que se expresa como:
\[
F = m \cdot a
\]
Donde:
- \( F \) es la fuerza neta aplicada al objeto (15 N).
- \( m \) es la masa del objeto (5 kg).
- \( a \) es la aceleración que queremos encontrar.
Despejamos la fórmula para encontrar la aceleración \( a \):
\[
a = \frac{F}{m}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
a = \frac{15 \, \text{N}}{5 \, \text{kg}} = 3 \, \text{m/s}^2
\]
Por lo tanto, la aceleración del objeto será de \( 3 \, \text{m/s}^2 \).
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En esta sección, te ofrecemos un breve recordatorio sobre el temario de Fuerzas que has estudiado en 4º de ESO en la asignatura de Física y Química. Este resumen te ayudará a aclarar conceptos clave mientras realizas los ejercicios.
Temario
Definición de Fuerza
Tipos de Fuerzas
Fuerza de Contacto y Fuerza a Distancia
Principio de Inercia
Segunda Ley de Newton
Fuerzas en Equilibrio
Fuerza de Fricción
Gravedad y Peso
Diagrama de Cuerpo Libre
Recordatorio Teórico
Las fuerzas son interacciones que pueden provocar un cambio en el estado de movimiento de un objeto. Se clasifican en dos grandes grupos: las fuerzas de contacto, como la fricción, y las fuerzas a distancia, como la gravedad.
El Principio de Inercia establece que un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento continuará en movimiento a menos que actúe sobre él una fuerza neta.
La Segunda Ley de Newton se expresa como ( F = m cdot a ), donde ( F ) es la fuerza neta, ( m ) es la masa y ( a ) es la aceleración. Esta relación es fundamental para entender cómo las fuerzas afectan el movimiento de los objetos.
Cuando las fuerzas que actúan sobre un objeto están en equilibrio, la suma de las fuerzas es cero, lo que significa que el objeto no cambiará su estado de movimiento. La fuerza de fricción juega un papel crucial en este contexto, ya que se opone al movimiento.
Recuerda también que el peso de un objeto es la fuerza de gravedad que actúa sobre él y se calcula mediante la fórmula ( P = m cdot g ), donde ( g ) es la aceleración debida a la gravedad.
Finalmente, es muy útil representar las fuerzas que actúan sobre un objeto mediante un diagrama de cuerpo libre, que te ayudará a visualizar y resolver problemas de fuerzas de manera más efectiva.
Si tienes dudas, no dudes en consultar el temario o preguntar a tu profesor. ¡Buena suerte con tus ejercicios!