¿Qué es la tensión en una cuerda? ¿Cómo se produce a nivel molecular?

No puedo entender la dirección de la tensión. ¿Por qué la dirección de la tensión en los extremos de una cuerda se aleja del objeto o bloque de masa?

Yo también tenía muchos conceptos erróneos sobre la tensión y solía luchar con ella. Ahora, así es como lo trato: la tensión no es una 'fuerza adicional' sobre la que deba aprender. Dado que no tiene masa y es inextensible, es simplemente el medio de transferencia de fuerzas entre 2 objetos atados a los 2 extremos.

Imagine 2 objetos A y B atados entre sí usando una cuerda inextensible y sin masa. Comienza a tirar de A. Mientras lo haces, la cuerda se vuelve tensa, A tira de B con cierta fuerza que es igual a la fuerza con la que B tira de A, según la tercera ley de Newton. Esto respondería a su pregunta sobre la dirección de la tensión en la cuerda. Tira de A hacia B porque B tira de A y tira de B hacia A porque A tira de B (el par de fuerzas de la tercera ley entre A y B).

Ahora, en el mismo caso de tirar, si hubiera habido una barra sin masa, el efecto habría sido el mismo (solo en el caso de tirar. Tenga en cuenta que no funciona en el caso en que empuja A hacia B porque un la varilla permanecería rígida entre ellos y una cuerda se aflojaría). Por lo tanto, una cuerda inextensible y sin masa es como un 'conector' entre 2 objetos.

Observe que hago hincapié en que la cuerda no tiene masa y es inextensible. Si no es así, la cuerda será un objeto extra (digamos C) entre las 2 masas y habrá 2 pares más de fuerzas de la tercera ley: la que hay entre A y C y otra (y una fuerza diferente) entre B y C.

Su segunda pregunta ya ha sido respondida por otros. En resumen, una cuerda es un conjunto de muchas partículas en línea, que tienden a permanecer a una distancia constante de sus vecinas (si es una cuerda inextensible) debido a las fuerzas electromagnéticas y, por lo tanto, simplemente transmiten la fuerza por el objeto A hasta el otro extremo en B. (aplica la tercera ley de Newton (editar: y también la segunda ley) en cada par de partículas en la cuerda para una mejor comprensión)

La fuerza de tensión se encuentra en la categoría electromagnética de las cuatro fuerzas fundamentales.

Cuando tratas de estirar una cuerda más que su longitud, en realidad estás tratando de aumentar los espacios intermoleculares entre los átomos de la cuerda. Los átomos contienen partículas cargadas (inicialmente en equilibrio) y cuando las perturbas con una fuerza externa, muestran renuencia (fuerza opuesta). Esta fuerza de oposición, de naturaleza electromagnética , es la causa fundamental de la tensión en la cuerda.

Para la dirección, está totalmente justificado que la tensión (fuerza opuesta) se aplique en dirección opuesta a la tendencia de estiramiento.

En los extremos, las moléculas del objeto intentan estirar la cuerda tirando de su molécula final, por lo que la cuerda quiere recuperar su forma y aleja la molécula del objeto.

Las interacciones microscópicas se pueden aproximar a la fuerza de un resorte a una escala muy pequeña.

Ate un extremo de una cuerda a una pared y tire de él. Tire para que quede tenso y tire un poco más. La cuerda se estira como lo haría un resorte. La cuerda está entonces en tensión. Se estira y, al igual que un resorte, ejerce una fuerza para devolverlo a una posición sin estirar. En cada extremo, ejerce una fuerza hacia su centro.

A diferencia de un resorte, una cuerda no tiene fuerza en compresión. Empuje los extremos de una cuerda y simplemente se dobla, sin ofrecer resistencia. Empujar un resorte o incluso una barra sólida, sin embargo, se comprimirá, lo que hará que se empuje hacia afuera desde su centro. La compresión es tensión negativa.