PREGUNTA (Módulo Común)
Un bloque de masa M se desliza hacia abajo por un plano inclinado con rapidez
constante V, como se muestra en la figura. Considere que g representa la
aceleración de gravedad.
V
g
¿Cuál de las siguientes afirmaciones relacionadas con el movimiento del bloque es
correcta?
A)
B)
C)
D)
E)
No existen fuerzas actuando sobre el bloque.
Existe una fuerza de roce actuando sobre el bloque.
La magnitud de la fuerza normal es igual a la del peso del bloque.
La fuerza neta sobre el bloque es constante y está orientada en el sentido de
su movimiento.
La fuerza neta sobre el bloque es igual a la suma de la fuerza normal con el
peso.
COMENTARIO
Para comenzar el análisis de la situación descrita, se puede afirmar que, al menos,
actúan dos fuerzas sobre el bloque: la fuerza peso, ejercida por la Tierra sobre el
bloque, y la fuerza normal, ejercida por la superficie del plano inclinado sobre el
bloque.
La fuerza normal N sobre un bloque se orienta de forma perpendicular
a la
superficie con la cual se encuentra en contacto y el peso P está dirigido
directamente hacia el centro de la Tierra. Ambas fuerzas se representan en la
Figura 1:
N
P
Figura 1
A partir de la Figura 1, se observa que la dirección del peso no coincide con la
dirección de la fuerza normal sobre el bloque, lo que implicaría, en ausencia de
otras fuerzas,
que el bloque debería moverse por la acción de una fuerza
resultante F , la cual se obtiene sumando vectorialmente las fuerzas N y P .
Gráficamente, esto se realiza empleando el método del paralelógramo, como se
muestra en la Figura 2:
N
F
P
Figura 2
Bajo la acción de la fuerza F , por el segundo principio de Newton, el bloque
debiera moverse con aceleración constante no nula. Sin embargo, en el enunciado
se afirma que el bloque se desplaza con rapidez constante, lo cual implica que la
fuerza neta sobre el bloque debe ser nula y, en consecuencia, existe una tercera
fuerza F ' , igual a F en magnitud, que actúa en sentido contrario al movimiento del
bloque, como se representa en la Figura 3:
N
F'
F
P
Figura 3
Por lo tanto, como no existen
datos adicionales respecto de otras interacciones, se
puede considerar que F ' corresponde a la fuerza de roce sobre el bloque, siendo
B) la respuesta correcta al ítem.
Por otra parte, la opción C) es incorrecta debido a que, en este caso, las líneas de
acción de las fuerzas normal y peso no coinciden. En consecuencia, la magnitud de
la fuerza normal sobre el bloque es distinta a la magnitud del peso. Este caso sirve
para aclarar que la fuerza normal sobre el bloque y su peso no son un par acciónreacción, pues estas fuerzas tienen distinta magnitud, no se encuentran en la
misma línea de acción y además obedecen a interacciones distintas: la primera
ocurre entre la superficie del plano y el bloque, mientras que la segunda ocurre
entre la Tierra y el bloque.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Eje Temático / Área Temática: Fuerza y movimiento / Mecánica
Nivel: II Medio
Objetivo Fundamental: Analizar el movimiento de los cuerpos a partir de las leyes
de la mecánica y de las relaciones matemáticas elementales que los describen.
Contenido Mínimo Obligatorio: Aplicación de los principios de Newton para
explicar la acción de diversas fuerzas que suelen operar sobre un objeto en
situaciones de la vida cotidiana.
Habilidad Cognitiva: Análisis, Síntesis y Evaluación
Clave: B
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