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

Si, aplicamos una fuerza ligeramente superior al principio y luego la levantamos en condiciones de equilibrio. De hecho, en un periodo de tiempo extremadamente pequeño, el objeto gana velocidad cuando aplicamos una fuerza superior a su peso. Después de ese periodo de tiempo extremadamente pequeño, podemos levantar la partícula en equilibrio.

Answer 2

De forma simplista, pero espero que útil:

Aplicar estrictamente los principios newtonianos.

Supongamos condiciones ideales, pero incluyamos tantos factores ideales como sea necesario para estar "contentos" con el resultado. p. ej.

• Incluya o excluya la flotabilidad según lo desee: es un factor del mundo real, pero suele representar en torno al 0,1% del "peso" total. Por ejemplo, en el caso del agua, la flotabilidad del aire es de unos 1,2 gramos por kg de agua a nivel del mar.

• incluir o excluir las pérdidas por arrastre al moverse como se desee - el arrastre en el aire es aproximadamente 0,6 x A x V^2 en unidades Si. (A - área frontal proyectada, V - velocidad). Digamos que a 1 m/s es alrededor de 0,5 newtons por metro cuadrado de área frontal, algo que no se nota fácilmente en muchos escenarios. A 10 m/s son unos 50 newtons y "puede que empieces a notarlo". A 100 m/s son unos 5 kN y dominará en muchos escenarios del mundo real.

Una fuerza de "elevación" exactamente igual a una fuerza de sustentación la sustituye sin problemas. Lo dice Newton.
Créele.
Sabía de lo que iba :-)

Cualquier fuerza "hacia arriba" mayor que la fuerza "hacia abajo" del peso acelerará el cuerpo utilizando expresiones newtonianas estándar.

Sin embargo, si tratamos por separado el equilibrio anterior entre peso y "fuerza de sustentación", aunque sea "suficientemente correcto", en realidad complica lo que parece suceder. Así que una vez que estemos satisfechos con las metáforas separadas de las fuerzas de sustentación y aceleración, podemos sumar todos los componentes y tratar la "suma vectorial". Así que suma el peso (= m.g), la flotabilidad (si se tiene en cuenta, = volumen a densidad del aire), el arrastre del aire (se complica rápidamente - mejor dejarlo ideal en cero para empezar ~= 0,6 x Área x velocidad al cuadrado) y los resultados serán exactamente los esperados. (Suponiendo que no quieras añadir la presión de la radiación solar o cualquier otro efecto de tercer, cuarto y cuarto orden).

¿QED?

Answer 3

Como se ha mencionado en la respuesta de @Adrian en el mundo real no hay nada rígido, ni el soporte donde se apoya la masa m ya sea una mesa o un banco de cemento ni la propia masa.

Por tanto, siempre hay una cierta cantidad de energía reservada en el soporte debido a su deformación/asentamiento bajo el peso de la masa.

Por lo tanto aquí hay dos fuerzas, llamémoslas,

$$ F_1 = \text {the force we exert} \\ and, \quad F_2= Kx $$

Siendo K la constante de resorte del soporte y x el asentamiento del soporte bajo el m*g.

Así que en realidad tenemos que aplicar la fuerza suficiente (un poco menos que el peso, mg) para dar a la acción del muelle del soporte la oportunidad de empujar el objeto hacia arriba actuar como un proyectil que se mueve hacia arriba. Y podemos calcular la F1 justo por debajo del peso suficiente para que $$ W*H= F_1*H +\frac{1}{2}Kx^2 \\ F1= W-\frac{1}{2H}Kx^2 $$ Con W como peso y H como altura. E inspeccionamos que el F1 es más pequeño que el peso.

Y, por tanto, no necesitamos ninguna fuerza transitoria descendente en el extremo superior de la trayectoria.