Un poco de Física

DINÁMICA.

Cálculo del peso aparente de un cuerpo situado en un ascensor en movimiento La tercera Ley de Newton o Principio de Acción y Reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro B(acción), éste ejercerá otra fuerza sobre A(reacción) igual en módulo, dirección pero de sentido contrario (FA,B = -FB,A). Estas fuerzas están aplicadas sobre puntos diferentes, por esa razón no se cancelan entre sí. Si así fuese, nunca habría movimiento. Si analizamos las fuerzas que aparecen en el caso de una persona situada sobre una báscula, veremos que hay dos parejas de fuerzas. La primera pareja es debida a la interacción persona-Tierra formada por la fuerza que ejerce la Tierra sobre la persona aplicada en su centro de masa, P, y su pareja, P', o fuerza que la persona ejerce sobre la Tierra aplicada en en centro de la Tierra. La segunda pareja corresponde a la interacción persona-báscula formada por N o fuerza que la báscula ejerce sobre la persona aplicada en su centro de masa y N' fuerza que la persona ejerce sobre la báscula. Como vemos, sobre el centro de masa de este cuerpo hay dos fuerzas de sentido contrario, la fuerza peso, P, que apunta hacia el centro de la Tierra y fuerza de reacción de la báscula, N, hacia arriba. Así, N = P , siempre que no haya aceleración.
1º. Un ascensor que asciende con aceleración constante a A. Sistema de referencia inercial Un observador inercial(en reposo o animado de un movimiento rectilíneo y uniforme) que esté viendo como sube el ascensor razonaría de la siguiente forma:Basándose en la segunda Ley de Newton(ΣF=ma), la suma de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, P y N, deben igualar al producto ma. N es positiva ya que tiene igual dirección y sentido que el movimiento, siendo p negativa por tener sentido contrario.ΣF=ma N - P = ma N = P + ma P = mg N = mg + ma La báscula marcaría un peso aperente (mg + ma) mayor que su peso en reposo.B. Sistema de referencia no inercialUn observador no inercial(sometido a aceleración) situado en el interior del ascensor debe introducir la fuerza de inercia para explicar los hechos que observa, por lo que razonaría así:Sobre el cuerpo actúa la fuerza peso hacia abajo, la fuerza de reacción hacia arriba y la fuerza de inercia dirigida hacia abajo(sentido contrario al movimiento), por lo que observa el sistema en equilibrio. N = P + FI FI = ma N = P + ma P = mg N = mg + ma El observador no inercial observaría un peso aperente(mg + ma) mayor que su peso en reposo.
2º. Un ascensor que desciende con aceleración constante a A. Sistema de referencia inercial Ahora p es positiva ya que tiene igual dirección y sentido que el movimiento, siendo N negativa por tener sentido contrario.ΣF=ma P - N = ma N = P - ma N = mg - ma La báscula marcaría un peso aperente(mg - ma) menor que su peso en reposo. B. Sistema de referencia no inercial:Sobre el cuerpo actúa la fuerza peso hacia abajo, la fuerza de reacción hacia arriba y la fuerza de inercia dirigida hacia arriba(sentido contrario al movimiento), por lo que observa el sistema en equilibrio. P = N + FI N = P - FI FI = ma N = P - ma N = mg - ma El observador no inercial observaría un peso aperente(mg - ma) menor que su peso en reposo.
3º. Un ascensor sube o baja con velocidad constante(a=o) Visto por un observador inercial fuera del ascensor o bien por un observador en su interior, el resultado es idéntico, ya que en ambos casos serían observadores inerciales ya que no existe aceleración. ΣF=ma p - N = 0 N = p La báscula marcaría un peso igual que su peso en reposo.
4º. El ascensor cae libremente con(a = g = 9,8 N/kg) A. Sistema de referencia inercial P - N = ma N = P - ma N = P - mg = mg - mg = 0 N = 0 La báscula marcaría un peso nulo(cero).B. Sistema de referencia no inercial:P = N + FI N = P - FI FI = ma N = P - ma N = P - mg = mg -mg = 0 N = 0 El observador no inercial observaría un peso nulo(cero).Es decir, siempre que dos sistemas caigan libremente atraídos por la intensidad el campo gravitatorio terrestre, g, la fuerza de reacción se anula, por lo que el primero parece que 'flota' sobre el segundo.