Debes haber observado que la velocidad del objeto aumenta cuando se desliza por la pendiente. ¿Sucede esto debido a la fuerza que actúa sobre el objeto debido a la gravedad en la pendiente?
La velocidad del objeto en la pendiente está determinada por dos fuerzas principales. Lo primero es la inclinación de la pendiente y la segunda y más importante es la fuerza que actúa por el objeto contra la pendiente que es la fuerza debida a la gravedad.
¿Qué es la gravedad en la pendiente?
La fuerza debida a la gravedad siempre actúa hacia abajo, hacia el centro de la Tierra.
La gravedad es la misma en el suelo plano e incluso en la pendiente, independientemente de la inclinación de la pendiente, pero solo varía la magnitud de la fuerza debida a la gravedad.
Si el objeto está en una pendiente suave, la aceleración del objeto cuesta abajo será menor en comparación con la velocidad adquirida por el objeto mientras rueda cuesta abajo desde la colina más empinada. Esto se debe a que la magnitud de la fuerza debida a la gravedad sobre el objeto que acelera hacia abajo desde la pendiente más pronunciada es mayor en comparación con la pendiente suave.
¿Qué es la fuerza de gravedad en la pendiente?
La fuerza de gravedad en la pendiente es la fuerza de empuje que actúa contra el suelo por el objeto debido a su peso.
La fuerza de gravedad en una pendiente es siempre la misma para el objeto que tiene una masa 'm' dondequiera que esté presente el objeto. La fuerza de gravedad sobre el objeto es siempre constante porque su masa y la aceleración debida a la gravedad son constantes y son iguales a F=mg
Trabajo realizado por la gravedad sobre un plano inclinado
El trabajo realizado se define como la fuerza requerida para desplazar el objeto de su lugar inicial y viene dado por Trabajo=Fuerza*veces desplazamiento
En el caso de que el objeto se mueva sobre un plano inclinado, el trabajo lo realiza la fuerza de la gravedad para desplazar el objeto desde cierta altura sobre el suelo en el plano inclinado.
Supongamos que hay un objeto de masa 'm' acelerando hacia abajo desde el plano inclinado como se muestra en la siguiente figura: -
La fuerza de gravedad que actúa contra la pendiente es igual a Fg= mg. Debido a la fuerza de la gravedad, el objeto se mueve cuesta abajo con la fuerza F=mgSinθ
La fuerza de fricción
está actuando contra él para resistir la aceleración del objeto que resulta debido a la fuerza paralela ejercida contra la fuerza normal N del objeto que es F//=mgCosθ
El desplazamiento del objeto desde el plano inclinado es 'h', que es la altura del objeto desde el suelo. Por tanto, el trabajo realizado por el objeto es
W = mgh
La fuerza debida a la gravedad se ejerce sobre el objeto para hacerlo caer sobre la superficie plana de la Tierra acelerándolo cuesta abajo.
¿Cuándo es máxima la fuerza de gravedad sobre un plano inclinado?
La fuerza de gravedad es la misma en cualquier punto del plano inclinado porque la masa y la aceleración de la gravedad permanecen invariables.
La fuerza debida a la gravedad actúa frente al objeto mientras acelera cuesta abajo, la magnitud de la fuerza de gravedad será mayor si la pendiente es más pronunciada.
La fuerza que mantiene el objeto en el suelo es la fuerza que actúa contra la fuerza normal en el suelo por el objeto que es –mgCosθ y el componente de la fuerza responsable de acelerar el objeto hacia abajo es la pendiente es mg Sinθ.
Esto sigue la segunda ley de movimiento de Newton.
F = ma
Y por lo tanto, la aceleración del objeto desde la pendiente es igual a
a = f / m
La fuerza máxima que actúa sobre el objeto es mgSinθ, por lo tanto
¿Qué afecta la fuerza gravitacional en un plano inclinado?
El ángulo de la pendiente con el suelo determina la velocidad del objeto y la magnitud de la fuerza que lo empuja hacia abajo.
Como el objeto está en un plano inclinado, se eleva por encima del nivel del suelo y gana energía potencial, por lo que la atracción gravitatoria disminuye ligeramente. Pero debido a las fuerzas de desequilibrio, el objeto acelera hacia abajo.
Si el ángulo entre la dirección de la fuerza de gravedad y la pendiente se vuelve más baja, entonces el objeto empujará hacia el suelo. El centro de gravedad del objeto es donde se concentra todo el peso del cuerpo y tiende a mantener el objeto en la posición de equilibrio de reposo.
¿La fuerza gravitatoria cambia con el ángulo?
La fuerza gravitacional ejercida sobre el objeto es constante y siempre actúa hacia el centro de la Tierra.
Para un objeto en un plano inclinado, la fuerza gravitacional sobre el objeto permanece igual, pero solo la magnitud de la fuerza paralela que actúa sobre el objeto en la pendiente aumenta con la pendiente.
En el siguiente diagrama, podemos ver que diferentes fuerzas actúan sobre el objeto, pero la dirección de las dos fuerzas está en la misma dirección. Si el ángulo φ aumenta, entonces la magnitud de estas fuerzas aumenta y el objeto acelerará pendiente abajo a gran velocidad.
La fuerza paralela se crea debido a la fuerza ejercida sobre el suelo debido a la fuerza normal y la fuerza debido al centro de gravedad del objeto que forma un ángulo φ que actúa en paralelo a la dirección de la fuerza oblicua mgSinθ empuja el objeto cuesta abajo medida que aumenta la magnitud de la fuerza en esta dirección.
¿Cómo calcular la fuerza de gravedad en una pendiente?
Las fuerzas netas que actúan sobre el objeto en un plano inclinado es la suma de la fuerza de gravedad, la fuerza perpendicular y la fuerza paralela.
La fuerza de gravedad del objeto en una pendiente siempre actúa hacia abajo y de acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton, la fuerza de gravedad sobre el objeto es igual a la masa por la aceleración debida a la gravedad, es decir, Fg=mg
Ahora, veamos cómo calcular la fuerza de gravedad neta sobre el objeto en un plano inclinado paso a paso:
Ángulo de inclinación
Lo primero es encontrar el ángulo de inclinación de la pendiente que determina la magnitud de las fuerzas y la velocidad del objeto.
Masa del objeto
En segundo lugar, debes conocer la masa del objeto. Si conoce la fuerza normal del objeto, puede calcular la masa usando la fórmula: - m = F / a
Encuentra la fuerza debido a la gravedad
La fuerza debida a la gravedad siempre está dirigida hacia el centro de gravedad de la Tierra y es igual a mg.
Encuentre la fuerza perpendicular
Esta es una fuerza que actúa en la dirección de la aceleración del objeto y es responsable del movimiento del objeto cuesta abajo y es igual a
Encuentre la fuerza paralela
Esta es la fuerza generada por el efecto de la gravedad y la fuerza desarrollada en respuesta a la fuerza normal contra la pendiente de la colina y se suma a la fuerza de empuje sobre el objeto que lo arrastra pendiente abajo y es igual a
Calcular la fuerza de fricción
Esta es la fuerza que actúa contra la velocidad del objeto al resistir su movimiento y depende del coeficiente de fricción de la pendiente que determina la rugosidad del suelo y se da como
y está relacionado con la fuerza normal del objeto que actúa sobre el suelo.
Encuentre la fuerza neta
La fuerza responsable de que el objeto acelere cuesta abajo es la fuerza paralela y la fuerza de fricción se opone a la aceleración del objeto que actúa en dirección opuesta. La fuerza normal es igual a la fuerza perpendicular que actúa sobre el objeto.
Usando esto, puedes encontrar la aceleración del objeto desde el plano inclinado usando la ecuación de la segunda ley de movimiento de Newton.
F = ma
Por lo tanto, la aceleración del objeto desde la pendiente inclinada es
a = Fred/m
¿Cuál es la aceleración del objeto de 2 kg de masa que se desliza hacia abajo desde el lugar inclinado con un ángulo de inclinación de 300 tiene un coeficiente de fricción de 0.15?
Dado: m = 2 kg
θ=300
μ = 0.15
La fuerza debida a la gravedad es
La componente de fuerza paralela es
la fuerza vertical es
La fuerza debida al rozamiento es
Por lo tanto, la fuerza neta sobre el objeto es
Por lo tanto, la aceleración del objeto es
La aceleración del objeto desde el plano inclinado es 7.75m / s2.
Resumen
La fuerza de gravedad sobre el objeto permanece igual incluso en el plano inclinado. La fuerza que es responsable de la aceleración del objeto por la pendiente es la fuerza paralela ejercida sobre el objeto debido a la fuerza de gravedad desde el centro de su punto de masa al frente y la fuerza perpendicular.
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Hola, soy Akshita Mapari. He hecho M.Sc. en física. He trabajado en proyectos como Modelado numérico de vientos y olas durante un ciclón, Física de juguetes y máquinas de emoción mecanizadas en parque de atracciones basados en la Mecánica Clásica. He seguido un curso sobre Arduino y he realizado algunos mini proyectos en Arduino UNO. Siempre me gusta explorar nuevas zonas en el campo de la ciencia. Personalmente creo que aprender es más entusiasta cuando se aprende con creatividad. Aparte de esto, me gusta leer, viajar, rasguear la guitarra, identificar rocas y estratos, fotografiar y jugar al ajedrez.
