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3.1. ¿Quién tira más?

Tira y afloja

Imagen de un grupo de niños y niñas jugando al juego de la soga

En un juego de tira y afloja, dos equipos tiran de una cuerda en sentidos contrarios.

Cada persona está haciendo algo parecido: tirar con todas sus fuerzas.

¿Por qué a veces gana un equipo y otras veces el contrario?

¿Depende solo del número de personas? ¿O de algo más?

¿Qué ocurriría si ambos equipos tiraran exactamente igual?

Para poder responder a estas preguntas, necesitas algo más que intuición. 

Ya viste que no solo importa cuánto tiras, sino también cómo y hacia dónde lo haces.

Para representar la fuerza se emplea una flecha llamada vector.

Las características de la fuerza

Pictograma del juego de la soga con un punto verde en donde se agarra la cuerda para indicar el punto de aplicación

Punto de aplicación: lugar donde actúa la fuerza.

En el juego, la fuerza se aplica en el punto donde cada persona sujeta la cuerda.

Pictograma del juego de la soga con la cuerda pintada de verde para indicar la dirección

Dirección: línea en la que actúa la fuerza.

En la cuerda, la dirección es la misma que la de la cuerda: horizontal.

Pictograma del juego de la soga con fechas en donde se agarra la cuerda para indicar el sentido

Sentido: lado hacia el que actúa la fuerza dentro de esa dirección. 

Se indica con la punta de la flecha.

En este caso, un equipo tira hacia la derecha y el otro hacia la izquierda.

Pictograma del juego de la soga con una fecha y un valor de fuerza para mostrar la intensidad

Intensidad: cantidad de fuerza.

En el juego, depende de lo fuerte que tire cada persona.

A mayor intensidad de la fuerza, más larga es la flecha. 

La unidad de la fuerza es el newton (N).

Apoyo visual

Pictograma del juego de la soga con un punto verde en donde se agarra la cuerda para indicar el punto de aplicación

Pictograma del juego de la soga con la cuerda pintada de verde para indicar la dirección

Pictograma del juego de la soga con fechas en donde se agarra la cuerda para indicar el sentido

Pictograma del juego de la soga con una fecha y un valor de fuerza para mostrar la intensidad

¿Victoria?

Pictograma del juego de la soga con una flecha que muestra la fuerza resultante.

Sistema de fuerzas

En el juego de la cuerda no actúa una sola fuerza, sino varias: la de cada persona que tira.

Todas esas fuerzas forman un sistema de fuerzas.

El efecto conjunto de todas ellas es equivalente a una única fuerza llamada fuerza resultante (R), fuerza neta (FN) o fuerza total (FTotal).

El resultado final depende de la intensidad de esa fuerza neta:

  • Fuerzas equilibradas.
    • Ambos equipos tiran con la misma intensidad. 
    • La fuerza resultante es cero.
    • La cuerda está en equilibrio y el pañuelo central no se mueve.
  • Fuerzas no equilibradas.
    • Un equipo tira más fuerte.
    • La fuerza resultante tendrá el sentido de ese equipo.
    • La cuerda se moverá hacia ese lado y habrá un equipo ganador.

¿Y el cálculo?

Si las fuerzas tienen la misma dirección (la línea de la cuerda), entonces:

  • Mismo sentido:
    • Las fuerzas se suman (las personas del equipo se ayudan).
  • Sentido contrario:
    • Las fuerzas se restan (los equipos compiten entre sí).

Observa la imagen, ¿qué equipo gana?

  • Izquierda: 50 N + 50 N = 100 N.
  • Derecha: 80 N.
  • Fuerza resultante:

FTotal = 100 N - 80 N = 20 N. 

La fuerza neta es de 20 N hacia la izquierda. El equipo de la izquierda será el ganador.

    Apoyo visual

    FUERZAS EQUILIBRADAS

    Pictograma del juego de la soga con fuerza resultante cero.

    FUERZAS NO EQUILIBRADAS

    Pictograma del juego de la soga con una flecha que muestra la fuerza resultante.

    Ponte a prueba

    Ahora es tu turno de comprobar lo que has aprendido.

    1. Entra en la simulación PhET y selecciona el apartado “Fuerza neta”. 
    2. Activa las opciones suma de fuerzas (te muestra la fuerza neta) y valores (te muestra las intensidades de las fuerzas). 

    Equilibrio

    Coloca 100 N hacia la derecha y 100 N hacia la izquierda.

    1. ¿Cuál es la fuerza neta?
    2. ¿Se mueve el objeto?
    3. ¿Qué relación ves con el juego de la cuerda?

    No equilibrio

    Coloca 150 N hacia la derecha y 100 N hacia la izquierda.

    1. ¿Cuál es la fuerza neta?
    2. ¿Hacia qué lado actúa?
    3. ¿Qué ocurre con el movimiento?

    Juega

    Tabla resumen de datos
    Fuerza derecha Fuerza izquierda Fuerza neta ¿Se mueve? Sentido
    200 N 50 N
    30 N 80 N
    120 N 120 N
    70 N 30 N Sí Izquierdo
    180 N 100 N Sí Derecho
    60 N 20 N Sí Derecho
    90 N 50 N Sí Izquierdo

    Reflexiona

    ¿Qué relación existe entre la fuerza neta y el movimiento del objeto?

    Piensa en tu futuro juguete.

    • ¿Qué fuerzas podrían actuar en él?
    • ¿Qué ocurrirá si están equilibradas?
    • ¿Y si no lo están?

    Olimpiada de fuerzas

    Se va a celebrar la primera edición de los "Juegos deportivos de Física". 

    Para ganar la medalla de oro hace falta más que músculo. 

    ¡Hay que saber de fuerzas!

    El despegue del trineo

    Pictograma de una persona tira de un trineo con una fuerza de 60 N hacia la derecha representada mediante una flechaEn una pista de hielo, el equipo inicia su carrera.

    Un trineo es tirado hacia la derecha con una fuerza de 60 N.

    1. La dirección de la fuerza es  y el sentido es hacia la .
    2. Si quieres que el trineo gane más velocidad, la flecha será más .
    3. La unidad de medida oficial de la fuerza es el .

    Carro de resistencia

    Carro tirado por una niña hacia la derecha con 120 N y un niño tira de él hacia la izquierda con 50 NDos atletas luchan por un carro de materiales en mitad del campo.

    El atleta A tira hacia la derecha con 120 N, mientras el atleta B tira hacia la izquierda con 70 N.

    1. Como las fuerzas tienen la misma  pero sentido , la fuerza resultante se obtiene .
    2. La fuerza resultante es de  N.
    3. El carro se moverá hacia la  y ganará el atleta .

    Técnica de empate

    Pictograma de un globo en equilibrio

    Si buscas el empate técnico:

    1. Las fuerzas deberán tener igual y sentido . La fuerza resultante es .
    2. En ese momento el objeto .

    Final por equipos

    Pictograma del juego de la soga con tres personas tirando hacia la izquierda y dos personas tirando hacia la derecha

    Llega el momento de la verdad. Dos equipos se enfrentan en la final.

    • Equipo de la izquierda: 3 integrantes de 40 N cada uno.
    • Equipo de la derecha: 2 integrantes de 50 N cada uno.
    1. Fuerza total izquierda = N.
    2. Fuerza total derecha = N.
    3. Fuerza resultante = N hacia la .
    4. El equipo ganador será el de la .

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    Carrera con sorpresa

    Imagen de un coche y un triciclo realizados con Lego propulsado por globosImagina una carrera de vehículos de juguete propulsados por aire.

    Una niña y un niño sueltan sus vehículos al mismo tiempo.

    Ambos reciben una fuerza de 30 N hacia delante debido al aire que sale del globo.

    Pero justo al comenzar la carrera, uno de ellos empuja sin querer ligeramente el coche del otro hacia un lado con una fuerza de 20 N.

    Ahora, sobre ese coche actúan dos fuerzas al mismo tiempo:

    • 30 N hacia delante,
    • 20 N hacia la derecha.

    Estas fuerzas forman entre sí un ángulo de 90º.

    Analiza...

    ¿Se pueden sumar sin más?

    Imagen que muestra las fuerzas representadas por flechas perpendiculares entre si y la diagonal que da la fuerza resultanteEn el tira y afloja, las fuerzas estaban en la misma dirección y se pueden sumar o restar directamente.

    Pero aquí las fuerzas no son paralelas, son perpendiculares.

    Si se representan las fuerzas desde el mismo punto, aparece un triángulo rectángulo.

    La fuerza resultante será la diagonal de ese triángulo rectángulo.

    Pitágoras al rescate

    Cuando dos fuerzas forman 90º, podemos calcular la intensidad de la fuerza resultante aplicando el teorema de Pitágoras:

    \( F_{Total} = \sqrt{F_{1}^2 + F_{2}^2} \)

    \( F_{Total} = \sqrt{30^2 + 20^2} = \sqrt{900 + 400} = \sqrt{1300} = 36,06 N\)

    ¿Qué te dice el resultado?

    1. La fuerza resultante no es 50 N (la suma de las fuerzas) ni tampoco es 10 N (la resta de las fuerzas).
    2. La fuerza resultante es mayor que cada fuerza por separado pero es menor que su suma directa.
    3. El coche no avanzará paralelo al otro coche.
    4. El coche se desvía porque las fuerzas actúan en direcciones distintas.

    Piensa como diseñador o diseñadora

    Si diseñas un coche propulsado y se desvía en su movimiento:

    • ¿Qué podrías hacer para evitarlo?
    • ¿Cómo podrías compensar una fuerza lateral?
    • ¿Podrías diseñarlo para aprovechar esa desviación?

    Comprender cómo se combinan fuerzas en distintas direcciones te permite predecir el movimiento y mejorar tu diseño.

    Y eso es exactamente lo que hacen ingenieros e ingenieras cuando construyen vehículos, puentes o máquinas.

    Feito con eXeLearning (Nova xanela)