Fórmula de la fuerza

En este artículo se explica cuál es la fórmula de la fuerza y cómo calcular una fuerza con su fórmula. Además, encontrarás ejercicios resueltos paso a paso de la fórmula de la fuerza.

¿Cuál es la fórmula de la fuerza?

La fórmula de la fuerza es F=m·a, por lo tanto, la fórmula de la fuerza es la masa del cuerpo por la aceleración del cuerpo. Es decir, para calcular la fuerza aplicada a un cuerpo u objeto, se debe multiplicar la masa del cuerpo por su aceleración.

formula de la fuerza

En el Sistema Internacional de Unidades, las fuerzas se miden en newtons. Y un newton es equivalente a un kilo multiplicado por un metro partido por un segundo al cuadrado:

N=kg\cdot \cfrac{m}{s^2}

Por lo tanto, para hacer el cálculo del valor de una fuerza con la fórmula, se debe multiplicar la masa del objeto en kilos y la aceleración debe estar en metros partido por segundo al cuadrado. O dicho de otra forma, tanto la masa como la aceleración deben estar expresadas en unidades del Sistema Internacional.

La fórmula de la fuerza se deduce de la segunda ley de Newton, también llamado principio fundamental de la dinámica.

Ejemplo de la fórmula de la fuerza

Ahora que ya sabemos la formulación matemática de una fuerza, vamos a resolver un ejemplo para acabar de entender cómo se calcula una fuerza con la fórmula.

  • En una superficie plana y lisa se encuentra una silla con ruedas de 4 kg en reposo. De repente, la silla es empujada y adquiere una aceleración lineal de 6 m/s2. Negligiendo el rozamiento, calcula la fuerza aplicada sobre la silla.

El enunciado del problema ya nos proporciona los datos expresados en el Sistema Internacional de Unidades, por lo que podemos aplicar directamente la fórmula para hallar la intensidad de la fuerza:

F=m\cdot a

Ahora sustituimos los valores de la masa de la silla y su aceleración en la fórmula y hacemos el cálculo de la fuerza:

F=4\cdot 6=24\ N

Ejercicios resueltos de la fórmula de la fuerza

Ejercicio 1

En una superficie plana tenemos un objeto de 11 kg en equilibrio. En un momento dado se le aplica una fuerza para que tenga una aceleración de 3 m/s2. Calcula el valor de la fuerza aplicada (sin tener en cuenta el rozamiento).

Para sacar el valor de la fuerza aplicada sobre el cuerpo, tenemos que usar la fórmula general de la fuerza:

F=m\cdot a

De modo que sustituimos los datos del ejercicio en la fórmula y calculamos su valor:

F=11\cdot 3=33 \ N

 

Ejercicio 2

Si a un cuerpo de 15 kg se le aplica una fuerza de 250 N, ¿qué aceleración tendrá el cuerpo?

Para resolver este problema también debemos emplear la fórmula de la fuerza.

F=m\cdot a

En este caso, conocemos el valor de fuerza aplicada y de la masa del cuerpo, así que debemos despejar la aceleración de la fórmula para hallar su valor:

a=\cfrac{F}{m}

Ahora sustituimos los valores de la fuerza y de la masa en la expresión y determinamos la aceleración adquirida por el cuerpo.

a=\cfrac{250}{15}=16,67 \ \cfrac{m}{s^2}

 

Ejercicio 3

Un coche se mueve a una velocidad de 40 km/h y el conductor del coche ve que hay un accidente delante. Suponiendo que el coche chocaría en 6 segundos y que el peso del coche junto con el del conductor es de 850 kg, ¿qué fuerza deben hacer los frenos para detener el coche a tiempo?

En primer lugar, pasamos la velocidad del coche a unidades del Sistema Internacional haciendo un factor de conversión:

40 \ \cfrac{km}{h} \cdot \cfrac{1000 \ m}{1 \ km}\cdot\cfrac{1 \ h}{3600 \ s}=11,11 \ \cfrac{m}{s}

Ahora tenemos que calcular la aceleración que debe tener el coche para frenar a tiempo. Para ello, utilizamos la fórmula de la aceleración:

a=\cfrac{v_f-v_i}{t_f-t_i}=\cfrac{0-11,11}{6-0}=-1,85 \ \cfrac{m}{s^2}

Y una vez sabemos la masa del sistema y la aceleración que debe coger el coche, podemos obtener la fuerza que deben hacer los frenos con la fórmula de la fuerza:

F=m\cdot a=850\cdot (-1,85)=-1572,5 \ N

La fuerza resultante tiene signo negativo porque se debe aplicar en sentido contrario al movimiento del coche para poderlo frenar.

 

Fórmulas de otras fuerzas

En física, existen muchos tipos de fuerzas y algunas de ellas se calculan utilizando otras fórmulas. A continuación tienes las fórmulas de las fuerzas más importantes.

  • La fórmula de la fuerza del peso, es decir, la fuerza que ejerce la Tierra sobre un cuerpo, es el producto de la gravedad (g=9,81 m/s2) por la masa de dicho cuerpo.

P=m\cdot g

  • La fórmula de la fuerza gravitatoria producida entre dos cuerpos es el producto de la constante gravitacional (G=6,672·10-11 N·m2/kg2) por las masas de los dos cuerpos dividido entre el cuadrado de la distancia que separa los cuerpos.

F_G=G\cdot \cfrac{m_1\cdot m_2}{r^2}

  • En la fórmula de la fuerza de rozamiento se multiplica el coeficiente de rozamiento por la fuerza normal.

F_R=\mu\cdot N

  • La fórmula de la fuerza elástica (o ley de Hooke) es equivalente a la constante característica del muelle por la variación de longitud que experimenta dicho muelle.

F_k=k\cdot \Delta x

  • La fórmula de la fuerza centrípeta, esto es, la fuerza que empuja un cuerpo hacia el interior de una curva, es la masa del cuerpo por su velocidad al cuadrado partido por el radio de curvatura.

F_n=m\cdot \cfrac{v^2}{r}

  • La fórmula de la fuerza de eléctrica con la que se atraen o se repelen dos cargas es igual a la constante de la ley de Coulomb (9·109 N·m2/C2) por los valores de las cargas eléctricas partido por la distancia que hay entre ellas elevada al cuadrado.

F_E=K\cdot \cfrac{q_1\cdot q_2}{r^2}

6 comentarios en “Fórmula de la fuerza”

  1. Manuel Israel Ruiz A

    La explicación científica resulta de muy fácil comprensión.

    Me gustaría tener un ejemplo de la fuerza que requiere un trabajador de la construcción, que por su trabajo debe levantar y transportar 25 metros una piedra con un peso de 60 kg

    Responder
    1. Ingenierizando

      Hola Manuel,

      Para sujetar cualquier objeto se debe hacer una fuerza suficientemente grande para vencer a la fuerza gravitatoria. Así pues, el peso de un objeto se calcula multiplicando su masa por la gravedad, cuyo valor es de 9.81 m/s2.

      P=m\cdot g=60\cdot 9,81=588,6 \ N

      Fíjate que la fuerza que necesita hacer no depende de la distancia recorrida, ya que la fuerza que se debe realizar es constante. Aunque, lógicamente, cuanta más distancia deba recorrer el trabajador, más tiempo tendrá que aguantar haciendo la misma fuerza, lo que supone un cansancio mayor.

  2. Anonimo

    Y si en la fórmula de la fuerza de rozamiento no sabemos si el cuerpo está en movimiento o no, que debemos hacer?

    Responder
    1. Ingenierizando

      Entonces es mejor calcular la fuerza de rozamiento con el coeficiente de fricción estático, ya que es mayor que el coeficiente de fricción dinámico. Puedes ver la explicación detallada en nuestro artículo de la fuerza de rozamiento.

    1. Ingenierizando

      Hola Grabiella,

      Para hallar la fuerza que ejerce el cuerpo simplemente tenemos que multiplicar su masa por su aceleración:

      F=m\cdot a=20\cdot 3=60 \ N

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