¿Qué es la tensión?

Todos los objetos físicos que están en contacto pueden ejercer fuerzas entre ellos. A estas fuerzas de contacto les damos diferentes nombres, basados en los diferentes tipos de objetos en contacto. Si la fuerza es ejercida por una cuerda, un hilo, una cadena o un cable, la llamamos tensión.

Las cuerdas y los cables son útiles para ejercer fuerzas, ya que pueden transferir una fuerza de manera eficiente sobre una distancia significativa (por ejemplo, la longitud de la cuerda). Un trineo puede ser jalado por un equipo de huskies siberianos por medio de cuerdas atadas a estos, que les permiten correr con un mayor rango de movimiento comparado con el que tendrían si tuvieran que empujar el trineo por su parte trasera usando la fuerza normal (sí, este sería el equipo de trineo de perros más patético de la historia).

Es importante observar que la tensión es una fuerza de tracción, pues las cuerdas no pueden empujar de forma efectiva. Tratar de empujar con una cuerda provocaría que se afloje y pierda la tensión que le permitiría jalar en primer lugar. Esto puede sonar obvio, pero cuando llega el tiempo de dibujar las fuerzas que actúan sobre un objeto, la gente a menudo dibuja las fuerzas de tensión en la dirección equivocada, así que recuerda que la tensión solo puede jalar a un objeto.

Desafortunadamente, no existe una fórmula específica para encontrar la fuerza de tensión. La estrategia empleada para encontrar la fuerza de tensión es la misma que usamos para determinar la fuerza normal. Es decir, usamos la segunda ley de Newton para relacionar el movimiento del objeto con las fuerzas involucradas. Para ser específicos, podemos:

Usaremos esta estrategia de resolución de problemas en los siguientes ejemplos resueltos.

Una caja de extracto de pepino de $2.0\text{ kg}$‍ está siendo jalada a través de una mesa sin fricción por una cuerda en un ángulo de $\theta ={60}^o$‍ como se muestra a continuación. La tensión de la cuerda causa que la caja se deslice a través de la mesa hacia la derecha con una aceleración de $3.0{\displaystyle \frac{\text{m}}{{\text{ s}}^2}}$‍.

Primero dibujamos un diagrama de fuerzas con todas las fuerzas que actúan sobre la caja.

Ahora usamos la segunda ley de Newton. La tensión está dirigida tanto en dirección vertical como horizontal, así que no está muy claro qué dirección debemos escoger. Sin embargo, ya que conocemos la aceleración horizontal, y dado que sabemos que la tensión es la única fuerza dirigida horizontalmente, usamos la segunda ley de Newton en la dirección horizontal.

Un contenedor de galletas de animalitos de $0.25\text{ kg}$‍ cuelga en reposo de dos cuerdas aseguradas al techo y a la pared, respectivamente. La cuerda diagonal bajo la tensión $T_2$‍ está dirigida a un ángulo de $\theta ={30}^o$‍ de la horizontal, como se observa a continuación.

Primero dibujamos un diagrama de fuerzas con todas las fuerzas actuando sobre el contenedor de galletas de animalitos.

Ahora tenemos que usar la segunda ley de Newton. Hay tensiones dirigidas tanto vertical como horizontalmente, así que de nuevo no es muy claro qué dirección escoger. Sin embargo, ya que conocemos la fuerza de gravedad, que es una fuerza vertical, empezaremos con la segunda ley de Newton en la dirección vertical.

Ya que conocemos $T_2$‍ podemos resolver para la tensión $T_1$‍ al usar la segunda ley de Newton para la dirección horizontal.