Cómo calcular la fuerza necesaria para mover un vehículo
Escrito por Matthew R. Jorgensen ; última actualización: February 01, 2018
Conocer la fuerza necesaria para mover un vehículo es esencial en la ingeniería del automóvil o en cualquier otro medio de transporte, desde los vagones de ferrocarril hasta el transbordador espacial. Afortunadamente, existen simples leyes físicas que rigen este tipo de movimiento, que son de aplicación universal. Este artículo explica la segunda ley de Newton, ya que se refiere a la aceleración de un automóvil.
Utiliza la segunda ley de Newton
Utiliza la segunda ley de Newton, que dice que cuando dos o más objetos interactúan entre sí hay una fuerza que actúa sobre ellos. Existen dos tipos generales de fuerzas: las fuerzas de contacto (fuerza aplicada, fricción y otras) y las fuerzas a distancia o de campo (gravedad, eléctrica y magnética).
Concéntrate en la fuerza aplicada a un vehículo. Si el mismo está en una superficie plana y la fricción es insignificante (lo cual es cierto si tiene inflados los neumáticos y se mueve lentamente), entonces la fuerza necesaria para acelerarlo está dada por la fuerza = masa por aceleración o F = M x a. De acuerdo con esto, incluso una fuerza muy pequeña es suficiente para mover un automóvil, aunque sea lentamente.
Usando la masa "M" del automóvil en cuestión en kilogramos (1 kg = 2,2 libras) y la aceleración "a" expresada en metros por segundo al cuadrado, inserta los parámetros en la ecuación de la segunda ley de Newton para obtener la fuerza "F" necesaria en kg/m por segundo al cuadrado, lo que equivale a la unidad básica de la fuerza, el newton.
Si el vehículo está en una pendiente
Ten en cuenta la componente perpendicular de la fuerza descendente, además de la fuerza necesaria para acelerar.
Calcula la fuerza descendente causada por la gravedad multiplicando la masa del vehículo en kilogramos por la constante aceleración de la gravedad estándar, 9,8 metros por segundo al cuadrado.
Calcula el componente perpendicular de esta fuerza al multiplicarla por el coseno de 90 grados menos la inclinación, lo que también puede ser llamado theta, como se muestra en la imagen (la fuerza descendente x cos (90-inclinación) = fuerza descendente x cos (theta ) = componente perpendicular de la fuerza).
Por ejemplo: el Jeep naranja que se muestra arriba pesa 3.200 libras (1.450 kg), y se encuentra en una inclinación de 30 grados. La fuerza de gravedad que actúa sobre el Jeep en la dirección en la que puede rodar (la componente perpendicular de la fuerza) es la fuerza descendente (9,8 x 1.450 = 14.250 Newtons) multiplicado por el coseno de 90 menos la inclinación (cos (90-30) = 0,5) que es 14.250 x 0,5 = 7,125 Newtons.
Esto significa, de acuerdo con la segunda ley de Newton, que si el Jeep estuviera libre para rodar, aceleraría en la pendiente a 7.125 Newtons dividido por 1.450 kg, que es igual a 5 metros por segundo al cuadrado. Después de un segundo de rodadura, el Jeep se movería 5 metros por segundo u 11 millas por hora.
Consejos
Asegúrate de estar utilizando las unidades científicas estándar: kilogramos, metros, segundos y newtons. Usa el sentido común cuando trabajes con pendientes. Si el vehículo está inclinado hacia abajo, va a querer rodar hacia esa dirección.
Más artículos
- Física; JohnH D. Cutnell y Kenneth W. Johnson, 2006.