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Peso, normal, tension, fuerza elastica y roce

Casi todos los problemas de mecánica se resuelven dibujando bien las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Peso, normal, tensión, elástica y roce son las cinco que aparecen una y otra vez.

Lo que hay que saber

El peso apunta siempre hacia abajo y vale $P = m \cdot g$ , con $g$ cercano a $10 m/s^{2}$ . No depende de la superficie ni de la inclinación.

La normal es perpendicular a la superficie, no siempre vertical, y es la fuerza con que la superficie sostiene al cuerpo. Su valor sale del equilibrio en esa dirección, no de una fórmula fija:

Situación	Normal
Plano horizontal, sin otras fuerzas verticales	$N = m g$
Plano inclinado $θ$	$N = m g cos θ$
Con una fuerza vertical hacia abajo $F$	$N = m g + F$
Tirando con una fuerza vertical hacia arriba $F$	$N = m g - F$

La normal y el peso no son un par de acción y reacción. Actúan sobre el MISMO cuerpo. La reacción al peso es la atracción que el cuerpo ejerce sobre la Tierra.

El roce se opone al movimiento relativo y vale $f = μ \cdot N$ . Depende del coeficiente y de la normal, no del área de contacto ni de la velocidad.

Estático y cinético. El roce estático es el que impide que el cuerpo empiece a moverse: crece según cuánto se empuje, hasta un máximo $μ_{e} N$ . El cinético actúa cuando ya se mueve y vale $μ_{c} N$ , constante. Como $μ_{e} > μ_{c}$ , cuesta más empezar a mover un mueble que mantenerlo en movimiento.

La tensión es la fuerza que transmite una cuerda, siempre tirando y nunca empujando. En una cuerda ideal es la misma en toda su extensión, y una polea sin roce solo le cambia la dirección.

La fuerza elástica sigue la ley de Hooke, $F = k \cdot x$ , donde $x$ es la deformación respecto de la posición natural del resorte y $k$ es su constante, en N/m. Apunta siempre a devolver el resorte a su largo original, por eso se la llama restauradora.

Ejemplo resuelto

1 de 3 pasos

Un bloque de 10 kg se arrastra por una superficie horizontal con un coeficiente de roce cinético de 0,3. ¿Cuánto vale la fuerza de roce? (g = 10 m/s²)

Calculo la normal. En una superficie horizontal, sin fuerzas verticales extra, la normal iguala al peso: 10 kg por 10 m/s² dan 100 N.
Por qué: El roce se calcula desde la normal, no desde el peso. Coinciden en este caso, pero dejan de hacerlo apenas hay una inclinación o una fuerza oblicua.

Otro ejemplo

Un resorte de constante $k = 250$ N/m sostiene colgando un cuerpo de $2$ kg. ¿Cuánto se estira? (Usa $g = 10 m/s^{2}$ .)

El error más común

Calcular el roce con el peso cuando el plano está inclinado. Ahí la normal es menor que el peso, y usar el peso sobreestima el roce.

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