Para levantar un objeto, ¿necesitamos una fuerza igual a su peso o mayor que su peso?

Question

Todos hemos oído decir que para levantar un objeto de masa $m$ tienes que aplicar una fuerza $F$ igual a su peso $mg$ . Pero ¿no está recibiendo la fuerza igual a su peso de la superficie a la que está unido (fuerza normal). ¿Por qué está dispuesto a cambiar ese estado de equilibrio recibiendo la misma fuerza de nosotros que de la superficie? (Consideremos la situación sin ninguna resistencia) . Creo que debemos aplicarle un poco más de fuerza para moverlo incluso con velocidad constante al menos al principio y equilibrar la fuerza de gravedad después.

Answer 1

Aquí hay que aclarar dos puntos.

• La fuerza de reacción normal de la superficie es una fuerza autoajustable. En concreto, puede tomar cualquier valor para evitar que el objeto en contacto penetre. Así, si un objeto apoyado en una superficie tiene un peso $w$ entonces la fuerza de reacción normal sería $w$ en dirección ascendente. Ahora bien, si aplicamos una fuerza externa hacia arriba sobre el objeto (con la mano, por ejemplo) de una magnitud $w/2$ entonces la fuerza de reacción normal de la superficie cambiaría su valor a $w/2$ . Ahora, si se aplica una fuerza externa de una magnitud $w$ en dirección ascendente, entonces la fuerza de reacción normal de la superficie se reduciría a cero.
• Sin embargo, como has observado correctamente, cuando la fuerza externa ascendente es exactamente igual que el peso en magnitud, el objeto sigue estando en perfecto equilibrio. Y puesto que la velocidad inicial del mismo era cero, su velocidad seguiría siendo cero porque el equilibrio significa que no hay aceleración. Por lo tanto, no habría movimiento. Por lo tanto, para elevar el objeto, es necesario aplicar una fuerza hacia arriba que sea al menos ligeramente superior al peso del objeto. Una vez que apliques esa fuerza, aunque sea durante un pequeño espacio de tiempo, el objeto adquirirá una velocidad ascendente porque habrá estado sometido a una aceleración ascendente durante ese pequeño espacio de tiempo. Una vez logrado esto, puedes reducir la magnitud de la fuerza ascendente para que sea exactamente igual a la magnitud del peso y el objeto continuará moviéndose en la dirección ascendente, en equilibrio, pero ahora, con una velocidad constante (la que recogió durante esa diminuta cantidad de tiempo de aceleración).

Answer 2

En situaciones reales, cuando una masa está sentada sobre una mesa, su peso flexionará ligeramente la mesa. Así que levantar con una fuerza igual al peso eliminará la presión de la fuerza normal de la superficie, la superficie se flexionará de nuevo a su posición anterior dando el ligero aumento de la fuerza neta hacia arriba para iniciar la aceleración. Esto se puede visualizar más fácilmente si se imagina la masa descansando sobre un muelle. En la mayoría de las situaciones reales, una fuerza igual a su peso la levantaría.

Answer 3

Tienes razón en que inicialmente debe haber una fuerza neta hacia arriba, por pequeña y breve que sea, para que el objeto se ponga en marcha. Pero además de equilibrar las fuerzas inmediatamente después para conseguir una velocidad constante, debe haber una fuerza descendente neta justo antes de alcanzar la altura tal que el objeto se detenga, si es que va a poseer SÓLO energía potencial gravitatoria a esa altura. De lo contrario, el objeto poseerá tanto energía potencial gravitatoria como energía cinética cuando alcance esa altura.

Espero que esto ayude

Answer 4

Todas las respuestas anteriores hacen una suposición falsa. Suponen que el objeto no se está moviendo verticalmente. Esto no se indica en la pregunta. Por tanto, la respuesta correcta debería ser depende de si el objeto se está moviendo verticalmente o no. Si el objeto ya ha sido propulsado hacia arriba y lo "atrapamos" en pleno vuelo, el argumento de "una fuerza muy pequeña durante un tiempo muy pequeño para superar el equilibrio" no es válido.

Answer 5

Suponiendo que el objeto se encuentre en la superficie de la tierra, existe un ligero gradiente de gravedad, por lo que aplicar una fuerza constante igual al peso del objeto en esa posición inicial da lugar a una situación inestable.

Un ligero movimiento del objeto hacia arriba (por movimiento térmico, vibración o lo que sea) reducirá la fuerza de la gravedad en unos 0,3 mGal/m -- un gradiente de 3.080 E (eotvos), por lo que en ausencia de otras fuerzas significativas (una suposición bastante grande) tendería a salir volando hacia el espacio.