Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Ángel Álvarez
Físico
12 de marzo 2025

El peso es la fuerza gravitatoria que un cuerpo celeste ejerce sobre un objeto y varía según la gravedad local. El rozamiento es una fuerza que se opone al movimiento entre superficies en contacto, dividiéndose en estático (sin movimiento) y cinético (con deslizamiento). La fuerza elástica surge en materiales deformables, como resortes, y tiende a restaurar su posición original según la Ley de Hooke.

 

Peso

El peso de un cuerpo es la fuerza gravitatoria que la Tierra (u otro cuerpo celeste, en general) ejerce sobre él. Se calcula como:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

donde 𝑚 es la masa del objeto y Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica es la aceleración de la gravedad (en la Tierra, aproximadamente Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica, dirigida hacia el centro del planeta).

 

Las propiedades más importantes del peso son las siguientes:

  • Es una fuerza no de contacto, pues actúa aun sin que exista contacto físico con la Tierra.

  • Su dirección es siempre vertical hacia abajo (en un sistema de referencia cercano a la superficie terrestre).

  • Un objeto puede tener la misma masa tanto en la Tierra como en otro planeta, pero su peso variará en función del valor de  local.

     

Algunos ejemplos en los que aparece esta fuerza son:

  • En un plano inclinado, el peso se descompone en dos componentes: una paralela y otra perpendicular a la superficie.

  • En un objeto en caída libre, su única fuerza (idealmente) es el peso, y por ello cae con aceleración 𝑔.

  • Para objetos suspendidos, el peso se equilibra con la tensión de la cuerda o cable que los sostiene, si están en equilibrio estático.

 

Fuerza de rozamiento

La fuerza de rozamiento, o fuerza de fricción, aparece cuando dos superficies están en contacto e interactúan intentando deslizar (o deslizando) una sobre la otra. Se debe fundamentalmente a las interacciones electromagnéticas y a las irregularidades microscópicas de las superficies. Suele actuar oponiéndose al movimiento o a la tentativa de movimiento relativo entre las superficies.

 

Distinguimos dos tipos de rozamiento:

  • Rozamiento estático (Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica):

Se da cuando no hay movimiento relativo, pero existe la tendencia a deslizar. Su magnitud puede variar desde 0 hasta un valor máximo Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica, donde Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica es el coeficiente de rozamiento estático y 𝑁 la fuerza normal.

  • Rozamiento cinético ():

Tiene lugar cuando las superficies deslizan efectivamente. Se calcula como

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

siendo Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica el coeficiente de rozamiento cinético. Suele ocurrir que Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica.

 

El rozamiento depende directamente de 𝑁, de modo que si la fuerza normal aumenta (por ejemplo, al incrementar la presión de un objeto contra el suelo), también lo hará el rozamiento. Por ejemplo, en un plano inclinado, la fuerza normal es , por lo que el rozamiento también depende del ángulo de inclinación del plano ().

 

Algunos ejemplos en los que aparece esta fuerza son:

  • Frenado de vehículos: la fricción entre los neumáticos y el asfalto permite reducir la velocidad.

  • Movimientos en pendiente: el rozamiento reduce o incluso impide el deslizamiento de objetos en planos inclinados.

  • Transmisión de energía: en máquinas y sistemas mecánicos, el rozamiento puede disipar energía, generando calor.

 

Fuerza elástica

La fuerza elástica aparece cuando un elemento elástico (normalmente un muelle o resorte) se deforma (se estira o comprime) con respecto a su longitud natural. La ley más común que describe la fuerza elástica es la Ley de Hooke:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

donde 𝑘 es la constante elástica del muelle y Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica es la deformación (alargamiento o compresión) respecto a su posición de equilibrio. Nótese que el signo “−” indica que la fuerza tiende siempre a restaurar la posición de equilibrio (dirección opuesta a la deformación).

  • La magnitud de la fuerza depende de cuánto se estire o se comprima el muelle.

  • El sentido es opuesto al desplazamiento con respecto a la posición de equilibrio.

     

Algunos ejemplos en los que aparece esta fuerza son:

  • Amortiguadores: en vehículos para absorber impactos y vibraciones.

  • Balanzas de muelle: miden la fuerza que ejerce un objeto al colgar de un resorte.

  • Lanzamiento de proyectiles ligeros: pequeñas catapultas basadas en muelles o resortes.

 

Ejercicios resueltos

1. Un bloque de masa Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica se encuentra sobre una superficie horizontal sin rozamiento y unido a un muelle de constante elástica Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica. Inicialmente, el bloque se mantiene en reposo con el muelle comprimido Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica respecto a su posición natural. ¿Con qué aceleración inicial comenzará a moverse el bloque al soltarlo? ¿Cuál será la aceleración máxima en cualquier punto de su movimiento?

Solución

Comenzamos realizando un dibujo con la situación descrita en el enunciado:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Aplicamos la Ley de Hooke para calcular la fuerza elástica:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

El signo negativo (en la formulación de la Ley de Hooke) indica que la fuerza va dirigida hacia la posición de equilibrio, pero en valor absoluto es Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica. Para calcular la aceleración inicial usamos la Segunda Ley de Newton:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Para obtener la aceleración en un punto genérico, se debe tener en cuenta que, en cualquier instante, la fuerza elástica es

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Entonces, la aceleración será:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

 

La aceleración es máxima en el punto de máxima compresión o máxima elongación, ya que Δ𝑥 es mayor allí. En este caso, el muelle comienza comprimido Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica, luego ahí tenemos la máxima Δ𝑥. Es decir, la aceleración máxima coincide con la inicial que hemos calculado: Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica.

 

Por lo tanto, la aceleración inicial del bloque al soltarlo es Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica y la aceleración máxima que experimenta en su movimiento también es Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica, dada la amplitud inicial de compresión del muelle.

2. Una lámpara de cobre de masa Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica cuelga de la pared mediante una cuerda vertical que la sostiene. Dibuja el diagrama de fuerzas y calcula el valor tiene la tensión en la cuerda si la lámpara no se mueve.

Solución

Comenzamos dibujando el diagrama de fuerzas:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Como el cuadro está en reposo, la suma de fuerzas en sentido vertical es cero:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Por lo tanto, la tensión de la cuerda es Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica.

3. Se cuelga un objeto de masa Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica de un muelle con constante elástica Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica. El sistema se deja en reposo hasta alcanzar una posición de equilibrio vertical. ¿Cuánto se alarga el muelle en esa posición de equilibrio? Si se estira adicionalmente Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica y se suelta sin velocidad inicial, ¿con qué fuerza recuperadora arrancará el movimiento?

Solución

Comenzamos representando la situación descrita por el enunciado:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

En el equilibrio vertical, la fuerza elástica (hacia arriba) compensa exactamente el peso del objeto (hacia abajo). Según la Segunda Ley de Newton:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Sustituyendo los valores del enunciado:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Es decir, el muelle se alarga Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica cm respecto a su longitud natural. Cuando se estira adicionalmente Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

En el instante de soltarlo (suponiendo que parte de esa nueva deformación y se suelta), la fuerza elástica que “tira” hacia arriba desde ese punto es:

Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica

Esta fuerza de Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica se añade al equilibrio previo. Recordemos, en el punto de equilibrio, la fuerza elástica ya compensaba el peso (Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica). Ahora, con el muelle estirado un poco más, la fuerza adicional de 6 N acelerará el cuerpo hacia arriba.

Por lo tanto, el alargamiento en equilibrio es de unos Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica y con Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica de estiramiento adicional, el muelle ejerce una fuerza recuperadora de Peso. Fuerza de Rozamiento. Fuerza Elástica hacia arriba en el instante de soltarlo.

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