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Transcripción del video

lo que quiero hacer en este vídeo es pensar cómo la fuerza normal sería distinta en escenarios diferentes y como mi hijo de dos años y medio está obsesionado con los elevadores pensé que podría enfocarme en ellos así que aquí dibujé cuatro situaciones en el primero tenemos lo siguiente vamos a tener que en este digamos que pueden ser digamos cuatro etapas de un mismo movimiento del elevador digamos que al inicio pues tiene una velocidad de cero metros sobre segundo ok y por supuesto pues como podrás imaginarte la aceleración será también de cero metros sobre segundo al cuadrado muy bien entonces aquí a lo mejor es cuando me estoy subiendo al elevador y quizás puedo yo poner fuego más bien es apretar el botón y entonces el elevador empieza a subir y digamos que al empezar a subir tiene una aceleración tiene una aceleración de 2 metros sobre segundo al cuadrado y recordemos que tanto la velocidad como la aceleración son cantidades bueno son son son vectores verdad en realidad todo esto son vectores yo le podría poner podríamos hacer la convención de que cuando hable de positivo en realidad es una aceleración hacia arriba y cuando hable de negativo sea una aceleración hacia abajo o bien puedo poner que esto va en la dirección del vector unitario jota el vector unitario jota es justamente el vector de magnitud o de norma uno que va hacia arriba entonces vamos a dejarlo así con el vector con el vector j muy bien entonces esta es nuestra segunda situación la tercera es a lo mejor llevó después de un segundo deja de acelerar y solo se mantiene a una velocidad constante ok entonces nuestra velocidad es de dos metros sobre segundo en la dirección j dijimos que va a dejar de acelerar entonces la aceleración es de 0 metros sobre segundo al cuadrado y podría ponerle la jota pero bueno como tiene el cero con eso basta muy bien entonces qué pasa cuando a lo mejor ya estoy casi llegando al al piso que yo deseo entonces el elevador empieza a desacelerar y tendremos una aceleración negativa es decir tendremos por ejemplo una aceleración de menos dos metros sobre segundo al cuadrado y nuevamente en la dirección j sólo que como lleva el signo menos en vez de apuntar hacia arriba va a apuntar hacia abajo muy bien entonces estas son nuestras cuatro situaciones y lo que lo que quiero que hagamos en este vídeo es pensar cuál es la fuerza normal que que el suelo del elevador ejerce en este personaje que pueden ser ustedes o puede que sea yo en estas cuatro situaciones ok vamos para esto a suponer que nos encontramos cerca de la superficie de la tierra para que el efecto gravitacional sea más o menos constante ok entonces para poder resolver este problema primero necesitamos determinar cuál es la masa de este de este personaje digamos que es un niño ok digamos que este es un niño y que tiene una masa de 10 kilogramos tiene una masa de 10 kilogramos y por supuesto pues no sé quizás no está comiendo galletas así que este niño tiene 10 kilogramos de masa en todas estas situaciones ok entonces cuando digo que en realidad tiene una masa ay que no hay que confundir cuando cuando hablamos del peso porque el peso en realidad es la fuerza debida al efecto gravitacional que hay del centro de la tierra a nosotros muy bien es decir es la fuerza que nos mantiene unidos a la tierra de hecho lo que sí necesitamos es calcular cuál es la fuerza gravitacional qué o cuál es el campo gravitacional que se ejerce debido a nuestra masa y sabemos que la fuerza gravitacional cambia ligeramente a medida que nos vamos distanciando del centro de la tierra pero vamos a suponer que esencialmente es constante está esta aceleración la aceleración debida a la gravedad es de menos 9.8 metros sobre segundo al cuadrado y por supuesto otra vez en la dirección j es decir la la aceleración va hacia el centro de la tierra que es en esta dirección muy bien entonces lo que necesitamos ahora es determinar cuál es la fuerza de gravedad que ejerce la tierra sobre nosotros muy bien entonces si consideramos aquí a este a este personaje a este niño entonces la fuerza gravitacional irá hacia abajo que entonces eso se ve de aquí porque es la aceleración tiene un signo menos y quiere decir que va hacia abajo muy bien entonces recordemos de la segunda ley de newton que la fuerza es igual a la masa por la aceleración aquí tenemos la masa que es de 10 kilogramos verdad y si multiplicamos por la aceleración que es esta g tendremos 10 x menos 9.8 esta fuerza gravitacional la fuerza de vida la gravedad desde menos 98 kilogramos metros sobre segundo al cuadrado que son newtons y otra vez va en la dirección j entonces lo que nos está diciendo es que al inicio de este problema tenemos una aceleración de 0 metros sobre segundo al cuadrado quiere decir que nuestra fuerza neta es de 0 ok este este personaje no le está infringiendo nada una fuerza aunque no hay no hay nada que le esté imprimiendo una fuerza de este personaje sin embargo aquí tenemos una fuerza que va hacia abajo y bueno en realidad cuando digo que no le imprime una fuerza en realidad es que todas las fuerzas que actúan sobre este niño se cancelan son son balanceadas y entonces lo que yo necesito es encontrar una fuerza que vaya en dirección contraria que es hacia arriba verdad y que neutralice esta fuerza debida a la gravedad esto es exactamente la fuerza normal y para que se cancele con la fuerza gravitacional entonces éste tiene que ser de 98 newtons en la dirección positiva ok es de 98 newtons y así la fuerza que qué suma es 0 y por lo tanto tendremos una aceleración de 0 metros sobre segundo al cuadrado vamos a ver qué pasa en la segunda situación aquí tenemos una aceleración de 2 metros sobre segundo al cuadrado en esta dirección cuál sería entonces la fuerza neta vamos a escribirlo así fuerza neta que se ejerce sobre este personaje entonces nuevamente es la masa por la aceleración que tenemos 10 kilogramos 10 kilogramos por 2 metros sobre segundo al cuadrado en la dirección j y que esto simplemente es 10 por 2 que son 20 kilogramos metros sobre segundo al cuadrado que son los newtons ok en la dirección j entonces la fuerza neta que actúa sobre este niño es de 20 newtons en dirección digamos hacia arriba ok en el sentido positivo ok entonces si nosotros tenemos aquí la fuerza gravitacional la fuerza gravitacional que sabemos que es de menos 98 newtons cuál tendría que ser la fuerza la fuerza normal la fuerza normal para que tengamos no sólo que se contrarreste la de la gravedad sino que además tengamos 20 newtons hacia arriba entonces primero para contrarrestar la fuerza de gravedad necesitamos 98 newtons y luego necesitamos otros 20 para que al final nos queden 20 newtons verdad entonces sí necesitamos 98 y 20 y eso nos da 118 newtons en esta dirección muy bien en la dirección positiva perdón en la dirección hacia arriba es decir en sentido positivo vamos a ver qué ocurre en la tercera situación tenemos que el elevador dejó de acelerar pero nos mantenemos a una velocidad constante de dos metros sobre segundo entonces tú podrías pensar en principio que pues como tenemos cierta velocidad necesitamos cierta fuerza para mantenernos de esa forma pero aquí es en donde tienes que recordar la primera ley de newton que nos dice que si un cuerpo se mantiene en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme que es nuestro caso verdad mantenemos una velocidad constante hacia arriba en línea recta entonces aquí utilizamos la primera ley de newton y nos dice que es si para mantener que en realidad cualquier cuerpo permanece en ese estado a menos de que se le imprima una fuerza y desbalanceada en este caso cómo se mantiene a velocidad constante lo único que necesitamos es contrarrestar la fuerza de gravedad para que se mantenga a velocidad constante y para para eso esencialmente es igual que el primer ejemplo entonces nuestra fuerza normal es de 98 newtons en la dirección del vector j ok y recuerda que en realidad el niño que está en el elevador a lo mejor si no puede oír que la maquinaria está encendida pues el niño no sabe si está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme de verdad entonces realmente son como como análogos estos casos muy bien entonces vamos a ver qué pasa en el último ejemplo en el último ejemplo tenemos este ni este mismo niño pero ahora nuestra aceleración es de menos dos metros sobre segundo al cuadrado en la dirección j muy bien entonces quién sería nuestra fuerza neta quién sería nuestra fuerza neta pues sería masa por aceleración es decir 10 kilogramos 10 kilogramos por menos 2 metros sobre segundo al cuadrado en la dirección j y esto ahora es menos 20 newtons en la dirección j muy bien entonces esta es una fuerza que va hacia abajo muy bien entonces tenemos una fuerza de gravedad tenemos esta fuerza de gravedad que es de menos 98 newtons cuál tendría que ser entonces la fuerza normal para tener una una aceleración de menos 2 metros sobre segundo al cuadrado pues la fuerza neta tiene que ser de menos 20 newtons pero aquí tenemos menos 98 así que cuánto hay que sumar para obtener solo menos 20 minutos pues serán 78 newtons verdad la fuerza normal será 78 newtons en la dirección del vector jota y si te das cuenta si sumas menos 98 y 78 te da menos 20 ok entonces no estamos compensando la la fuerza de gravedad pero nos quedamos con menos 20 newtons en la dirección del vector j y ahora me gustaría mucho que pensaras esto la próxima vez que subas a un elevador el único movimiento en que percibes que algo está pasando es cuando el elevador está acelerando o desacelerando cuando está acelerando es cuando tu cuerpo se siente muy pesado incluso puedes intentar brincar y verás que es muy complicado mientras que cuando está desacelerando es más ligero entonces te invito a que pienses por qué ocurre esto pero si si tienes que recordar que el reposo en realidad la velocidad constante que sientes cuando cuando llevas una velocidad con dos personas más bien el cuando estás en reposo o en velocidad constante en realidad si estás en el elevador puedes sentirte igual que si estás en la súper y si de la tierra