¿Qué es una fuerza negativa en realidad? [cerrado]

Si encontramos la fuerza para un objeto que desacelera (digamos un automóvil en una carretera), veremos que la fuerza es negativa, ya que está en la dirección opuesta al movimiento del objeto.

No necesariamente. El signo de la fuerza solo depende de su dirección; no tiene nada que ver con la dirección del movimiento del objeto. Si el objeto se mueve en dirección positiva, pero su velocidad disminuye, entonces podemos concluir que la fuerza neta está en dirección negativa. Sin embargo, si el objeto se mueve en dirección negativa, pero su velocidad disminuye, entonces podemos concluir que la fuerza neta está en dirección positiva. En cualquier caso, está ocurriendo una "desaceleración", pero la fuerza podría estar en la dirección positiva o negativa.

Todavía estoy encontrando la fuerza del objeto.

Si está observando el movimiento del objeto, entonces está observando las fuerzas que actúan sobre el objeto. Por supuesto, puede relacionarlos con las fuerzas que ejerce el objeto mediante la tercera ley de Newtown, pero estas fuerzas podrían estar actuando sobre diferentes cosas.

Entonces, ¿significa esto que el objeto (automóvil) está aplicando una fuerza en la carretera en la dirección opuesta a su movimiento? ¿Pero cómo?

Si a un automóvil se le aplican los frenos, se aplica una fuerza (o podría ser más fácil decir un par) a las ruedas. A su vez, la fricción entre las ruedas y la carretera hace que el automóvil disminuya la velocidad. Tenga en cuenta que este proceso es completamente independiente de lo que hemos llamado "positivo" y "negativo". Como mostró el ejemplo anterior (con suerte), no hay nada especial en una "fuerza negativa" frente a una "fuerza positiva".

Para responder a su pregunta de título. Una fuerza negativa es aquella que actúa en la dirección negativa en función de cómo haya definido su sistema de coordenadas. Tenga en cuenta que esto realmente solo tiene sentido en una dimensión. En múltiples dimensiones no tiene sentido decir "fuerza negativa", ya que "negativo" no es único. Siempre es mejor hablar de direcciones, ya que esto se generaliza muy bien. Entonces, en su caso, realmente está preguntando acerca de las fuerzas en una dimensión que actúan en la dirección negativa. Esto no significa que haya algo especial en la fuerza; solo está dando su dirección.

Hay algunas piezas en esto. La primera es que será más fácil comprender las fuerzas si no piensas en ellas como "negativas". Las fuerzas son vectores, que tienen una magnitud (positiva) y una dirección.

Donde puede obtener algo "negativo" con respecto a los vectores es cuando los escribe en forma de componente. Cuando usa componentes, elige qué dirección es la dirección x positiva y qué dirección es la dirección y positiva, y si el vector está en la dirección opuesta, esto produce un número negativo para ese componente. El vector como un todo no tiene el concepto de negativo, pero puede tener algunos números negativos cuando lo miras en componentes.

Más adelante, aprenderá sobre el trabajo. El trabajo es un número que es negativo si la fuerza y ​​la velocidad están en direcciones diferentes. Así que tu intuición de que hay algo negativo en esta situación es correcta. Más adelante aprenderá sobre el trabajo y la energía. Por ahora, solo estamos hablando de fuerzas y velocidades.

Dejando de lado las frases, creo que el núcleo de su pregunta es:

... la fuerza es ... en dirección opuesta al movimiento del objeto. Quiero saber que significa esto.

En realidad, no significa mucho más de lo que ya entiendes. Fundamentalmente, sabemos que los objetos pueden tener una aceleración en la dirección opuesta a su movimiento. A eso lo llamamos desaceleración. Dado que la fuerza se define mediante$F=ma$, lógicamente la fuerza debe ser también en sentido contrario al movimiento. No tiene ningún significado más profundo que eso. Si la fuerza está en la dirección opuesta a la velocidad, solo significa que el objeto se está desacelerando.

... ¿significa esto que el objeto (automóvil) está aplicando una fuerza sobre la carretera en la dirección opuesta a su movimiento?

No. Si hay una fuerza aplicada al automóvil por el camino que está en dirección opuesta a la velocidad del automóvil, entonces la tercera ley de Newton establece que debe haber una fuerza aplicada al camino por el automóvil que es igual y opuesta . Por lo tanto, la fuerza aplicada al camino por el automóvil tiene la misma dirección que la velocidad del automóvil.

Una fuerza (F) es una cantidad vectorial. Un vector tiene una magnitud (que no puede ser negativa) y una dirección. El negativo de (F) es un vector diferente con la misma magnitud pero dirección opuesta. Cuando se trabaja con vectores, normalmente es mejor trabajar con sus componentes. En un sistema de coordenadas elegido, un vector puede tener uno o más componentes negativos que apuntan en la dirección negativa del eje correspondiente. Cuando se trabaja un problema en una dimensión, es fácil olvidar que puede estar trabajando con componentes de vectores.

Cuando aplica los frenos a un automóvil, se reduce el movimiento de rodadura de las ruedas. En la vida cotidiana, es posible que haya visto que un cuerpo que rueda rueda más que un cuerpo que se desliza, esto se debe a que el suelo aplica una fuerza resistiva al cuerpo que se desliza, pero no aplica torsión en la dirección de avance, lo que hace que el cuerpo se detenga más rápido. Lo mismo sucede cuando se aplican los frenos, el par aplicado por la fuerza resistiva debido al suelo se contrarresta con la fricción entre los frenos y el neumático, por lo que la fuerza resistiva aplicada por el suelo desacelera el cuerpo más rápido. Tenga en cuenta que si no se aplican los frenos, el automóvil disminuirá la velocidad a menos que pise el acelerador.

¿Significa esto que el objeto (automóvil) está aplicando una fuerza sobre la carretera en la dirección opuesta a su movimiento? ¿Pero cómo?

Sí, lo hace. Las fuerzas que ejercen los frenos sobre las ruedas hacen que giren más lentamente, y eso a su vez hace que tiren de la superficie de la carretera, y esa fuerza de tracción ejercerá una fuerza hacia atrás sobre el automóvil (reduciendo la velocidad del automóvil) y una fuerza igual y opuesta en el camino (ligeramente estirando el material del camino en contacto con los neumáticos en la dirección de viaje). Por supuesto, al comprender el frenado, es importante tener en cuenta que el punto de la llanta donde la llanta toca la carretera no se mueve en relación con la superficie de la carretera, para maximizar la fuerza de fricción entre ellos.

Independientemente de si el objeto está acelerado o desacelerado, si hay una fuerza en una dirección, entonces también hay una fuerza en la dirección opuesta . Esta es la 3ra ley de Newton.

Cuando su automóvil acelera (aceleración positiva) , su motor aplica un par sobre los ejes de las ruedas, lo que obliga a las ruedas a girar más rápido. Esto provocaría un deslizamiento con la superficie si no tuviéramos rozamiento estático. La fuerza de fricción estática empuja hacia atrás en el suelo. De acuerdo con la tercera ley de Newton, esta misma fuerza de fricción estática empuja hacia adelante en el automóvil. Puede pensar en ello como si el automóvil "se alejara del suelo". Esta fuerza hacia delante provoca la aceleración.

Al reducir la velocidad (desaceleración, aceleración negativa) , los frenos del automóvil aplican un par opuesto a las ruedas obligándolas a girar más lentamente. Esto nuevamente causaría deslizamiento (si el automóvil continuara moviéndose con ruedas estacionarias), pero nuevamente la fricción estática nuevamente evita dicho deslizamiento. Sin embargo, esta vez apunta en la dirección opuesta, hacia adelante en el suelo y, por lo tanto, según la tercera ley de Newton, hacia atrás en el automóvil. Esta fuerza de fricción estática hacia atrás es lo que causa la desaceleración.