Las Fuerzas Verticales en la Tierra

Objetivos

Terminada la lección podrás:

• Explicar lo que son fuerzas verticales.
• Ofrecer ejemplos de fuerzas verticales

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Una fuerza vertical

Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Una fuerza vertical es una fuerza que actúa en la dirección perpendicular a la superficie de la Tierra, es decir, a lo largo del eje vertical. Estas fuerzas pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la situación. Las fuerzas verticales juegan un papel crucial en muchos fenómenos físicos, especialmente en aquellos que involucran la interacción con la gravedad.

Tipos de fuerzas verticales comunes:

Peso (Fuerza de gravedadad o gravitatoria):

El peso es una fuerza vertical que siempre actúa hacia abajo, es decir, hacia el centro de la Tierra. Esta fuerza es consecuencia de la gravedad, que atrae los objetos hacia la superficie terrestre.

Se calcula mediante la fórmula:

Donde:

• Fpeso​ es el peso (en newtons),
• m es la masa del objeto (en kilogramos),
• g es la aceleración debida a la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s² en la Tierra).

• Ejemplos: Un objeto como una bola cuando cae, una cascada o una piedra que dejas caer por un acantilado.

Fuerza normal:

La fuerza normal es una fuerza vertical que actúa hacia arriba y es ejercida por una superficie sobre un objeto que está en contacto con ella. Se opone al peso y es perpendicular a la superficie en la que se encuentra el objeto.

• Ejemplo: Cuando un libro está sobre una mesa, la fuerza normal de la mesa actúa hacia arriba para contrarrestar el peso del libro, manteniéndolo en equilibrio.

Fuerza de tensión:

En algunos casos, una fuerza de tensión puede actuar en dirección vertical, como en una cuerda que sostiene un objeto. Esta fuerza actúa hacia arriba, contrarrestando el peso del objeto.

• Ejemplo: Si un objeto cuelga de una cuerda, la tensión en la cuerda es una fuerza vertical que sostiene el objeto contra la gravedad.

Empuje o flotación:

En un fluido, como el agua o el aire, un objeto experimenta una fuerza vertical llamada fuerza de flotación, que actúa hacia arriba. Esta fuerza es responsable de que los objetos puedan flotar o sumergirse parcialmente.

Ejemplo: Un barco flota debido a la fuerza de empuje hacia arriba que contrarresta el peso del barco.

Ejemplos de fuerzas verticales en la vida cotidiana:

1. Persona de pie sobre el suelo:
   • El peso de la persona actúa hacia abajo, mientras que el suelo ejerce una fuerza normal hacia arriba. Si ambas fuerzas son iguales en magnitud, la persona se encuentra en equilibrio.
2. Elevador en movimiento:
   • Cuando un elevador sube, la fuerza de tensión en los cables que lo sostienen es mayor que el peso del elevador, lo que provoca la aceleración hacia arriba. Si el elevador baja, la tensión será menor que el peso.
3. Paracaidista:
   • Un paracaidista que cae experimenta dos fuerzas verticales: el peso hacia abajo y la resistencia del aire (que actúa hacia arriba y aumenta cuando despliega su paracaídas). Cuando ambas fuerzas se equilibran, el paracaidista alcanza una velocidad terminal y cae a velocidad constante.

Fuerzas verticales y el equilibrio:

Para que un objeto esté en equilibrio en dirección vertical, la suma de todas las fuerzas verticales que actúan sobre él debe ser cero. Esto ocurre cuando las fuerzas hacia arriba (como la fuerza normal o la tensión) y las fuerzas hacia abajo (como el peso) son de igual magnitud pero en direcciones opuestas.

Resumen:

Una fuerza vertical es una fuerza que actúa en dirección perpendicular al suelo, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Ejemplos comunes de fuerzas verticales son el peso, la fuerza normal, la tensión y la fuerza de flotación. Estas fuerzas son fundamentales para entender muchos fenómenos cotidianos, especialmente aquellos relacionados con el equilibrio y el movimiento en presencia de la gravedad.

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Simulaciones

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Páginas del tema de Fuerzas

• Aceleración gravitacional
• Dinamómetro
• Fuerzas y tipos de fuerzas
• La Fuerza aplicada
• Fuerza de empuje
• Fricción
• Fuerza normal
• La Fuerza gravitacional
• Fuerza nuclear fuerte
• La Fuerza nuclear débil
• Gravedad
• Peso
• Primera ley de Newton
• Robert Hooke, Hombre del Renacimiento
• Segunda ley de Newton
• Tercera ley de Newton 

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Enlaces externos para explorar

• Simulaciones: PhET
• Conceptos de Física: Hyperphysics
• Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom

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Vídeo

Fuerzas horizontal y vertical

El trabajo y la energía cinética

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