Fuerza Aplicada

Objetivo:

    • Definir fuerza de empuje como una cantidad relacionada a la Tercera Ley de Newton. 
    • Diferenciar los conceptos de fuerza aplicada y fuerza de empuje.

 

Definición:

La fuerza de empuje o "thrust" es un concepto muy relacionado a la Tercera Ley de Newton.  Por ejemplo la fuerza que se ejerce contra un rifle o pistola  y lo que lo hace retroceder es exactamente igual en magnitud a la fuerza que impulsa la bala.  ¿Por qué la bala acelera más que el rifle?  

La imagen de la derecha representa la situación y si deseas ver un vídeo de esta situación debes ir a los siguientes enlaces:

  1.  Vídeo ( http://www.visionresearch.com/video/playvideo.cfm?file=gun%20shot.flv&flash=yes )
  2. Página donde verás el vídeo y otros vídeos de alta velocidad -  (  http://www.visionresearch.com/index.cfm?sector=htm/app&page=gallery  )

 

Esto ocurre debido a la segunda Ley de Newton que dice F=ma podemos calcular la aceleración del rifle y de la bala.  Para calcular la aceleración de la bala  conociendo que la masa de la bala es más pequeña  utilizamos la siguiente relación:

Mientras que la aceleración del retroceso del rifle es:

Ahora vemos porqué el cambio en el movimiento de la bala es gigantesco en comparación con el cambio del rifle y si tomamos en consideración que de acuerdo a la Tercera Ley de Newton, ambas fuerzas son de igual magnitud y opuesto en dirección entonces comprenderemos que una fuerza dada dividida entre una masa pequeña produce una aceleración pequeña.  Al usar símbolos de distintos tamaños para representar las diferencias entre las masas y las aceleraciones resultantes. 

El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en sentido opuesto (reacción).

 

Una idea errónea común es que el impulso del cohete se debe al impacto de los gases contra la atmósfera.  De hecho, a inicio de 1900, antes que la aparición de los cohetes, muchas personas pensaban que era imposible mandar un cohete a la Luna por la ausencia de una atmósfera contra la que se apoyara el cohete.  Pero esto es como  decir que una ametralladora no puede tener retroceso porque las balas no tienen contra qué empujar.  ¡No es verdad!  Tanto el cohete como la ametralladora no aceleran por empujes sobre el aire, sino por las fuerzas de reacción debidas a las "balas" que disparan, haya aire o no.  De hecho un cohete funciona mejor sobre la atmósfera, donde no ha resistencia de aire que se oponga a su movimiento.

En la foto de la izquierda vemos un transbordador de NASA en la base de lanzamiento.  Puedes obtener más información y explicaciones detalladas en los siguientes enlaces:

1.  Howstuffworks - http://science.howstuffworks.com/space-shuttle.htm

2.  NASA- http://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/main

 

Si aplicamos la tercera ley de Newton comprenderemos como un helicóptero obtiene la fuerza de sustentación. Las aspas de la hélice tienen una forma tal que empujan hacia abajo a las partículas de aire (acción), y el aire empuja las aspas hacia arriba (reacción).  Esta fuerza de reacción hacia arriba se llama sustentación y cuando es igual al peso del vehículo, el helicóptero se suspende en el aire.  Cuando la sustentación es mayor, el helicóptero asciende.

 

Esto sucede con las aves y los aeroplanos.  Las aves empujan el aire ahacia abajo.  A su vez, el aire las empuja hacia arriba.  Cuando el ave asciende, las alas presentan una forma tal que el movimiento de las partículas de aires se desvía hacia abajo.  Las alas del aeroplano, con una inclinación ligera que desvía hacia abajo el aire que les llega produciendo la sustentación del avión.  En cuanto a los cohetes estos empujan el aire hacia atrás y a su vez empujan el cohete hacia adelante.


Fuerza Aplicada y Fuerza de empuje

A la fuerza aplicada en  algunas ocasiones se le llama fuerza de empuje.  Pero su definición es :  Fuerza externa que actúa directamente sobre un cuerpo.  Mientras que la fuerza de empuje se define como la fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la Tercera ley de Newton y se fundamenta en la acción y reacción.  Fuerza Aplicada y fuerza de empuje ("thrust") son dos conceptos distintos.

 

 

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