Cómo calcular la fuerza necesaria para mover un automóvil

Cómo calcular la fuerza necesaria para mover un automóvil

por Matthew R. Jorgensen

Foto de Matthew Jorgensen

Conocer la fuerza requerida para mover un automóvil es esencial en la ingeniería del automóvil o cualquier otro dispositivo de transporte, desde los vagones de ferrocarril hasta el transbordador espacial. Afortunadamente, existen leyes físicas simples que gobiernan este tipo de movimiento que son de aplicación universal. Este artículo explica la segunda ley de Newton en lo que respecta a la aceleración de un automóvil.

Utilice la segunda ley de Newton

Paso 1

Utilice la segunda ley de Newton, que establece que siempre que dos o m√°s objetos interact√ļan entre s√≠ hay una fuerza que act√ļa sobre ellos. Hay dos tipos generales de fuerzas: fuerzas de contacto (fuerza aplicada, fricci√≥n y otras) y fuerzas a distancia o de campo (gravedad, el√©ctricas y magn√©ticas).

Paso 2

Conc√©ntrese en la fuerza aplicada al autom√≥vil. Si el autom√≥vil est√° sobre un terreno plano y la fricci√≥n es insignificante (lo cual es cierto si tiene neum√°ticos inflados y se mueve lentamente), entonces la fuerza requerida para acelerar el autom√≥vil viene dada por fuerza = masa multiplicada por aceleraci√≥n o F = M x a. De acuerdo con esto, incluso una cantidad muy peque√Īa de fuerza es suficiente para mover un autom√≥vil, aunque sea lentamente.

Usando la masa “M” del autom√≥vil en cuesti√≥n en kilogramos (1 kg = 2.2 libras) y la aceleraci√≥n “a” deseada en metros por segundo al cuadrado, inserte los par√°metros en la ecuaci√≥n de la segunda ley de Newton para obtener la fuerza “F” requerida en kilogramos metros por segundo al cuadrado, lo que equivale a la unidad b√°sica de fuerza, el Newton.

Si el automóvil está en una pendiente

Paso 1

Considere la componente perpendicular de la fuerza hacia abajo adem√°s de la fuerza requerida para acelerar.

Paso 2

Calcule la fuerza descendente causada por la gravedad multiplicando la masa del automóvil en kilogramos por la constante estándar de aceleración de la gravedad, 9,8 metros por segundo al cuadrado.

Calcule la componente perpendicular de esta fuerza multiplic√°ndola por el coseno de 90 grados menos la inclinaci√≥n, que tambi√©n se puede llamar theta, como se muestra en la imagen (fuerza hacia abajo x cos (inclinaci√≥n de 90) = fuerza hacia abajo 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 est√° sentado en una pendiente de 30 grados. La fuerza de la gravedad que act√ļa sobre el Jeep en la direcci√≥n en la que puede rodar (el componente perpendicular de la fuerza) es la fuerza descendente (9,8 x 1450 = 14 250 Newtons) multiplicada por el coseno de 90 menos la inclinaci√≥n (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 pudiera rodar libremente, acelerar√≠a cuesta abajo a 7.125 Newtons dividido por 1.450 Kg, que es igual a 5 metros por segundo al cuadrado. Despu√©s de un segundo de rodaje, el Jeep se mover√≠a a 5 metros por segundo o 11 millas por hora.

Propina

  • Verifique que est√© utilizando unidades cient√≠ficas est√°ndar: kilogramos, metros, segundos y newton. Utilice el sentido com√ļn cuando trabaje con pendientes. Si el autom√≥vil est√° inclinado hacia abajo, querr√° rodar de esa manera.

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