Question

21. Una pequeña esfera de masa está colgada del techo de un vagón de ferrocarril que se desplaza por una va con aceleración a. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre la esfera para un observador inercial? Y para uno no inercial en el interior del vagón?

Answer 1

Para poder responder tenemos que tomar en cuenta los enunciados de las Leyes de Newton. Respondemos de la siguiente manera:

- ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre la esfera para un observador inercial? 
Sobre la esfera solo actúan el peso (producto de su masa por la fuerza de gravedad) y la tensión de la cuerda que la sostiene en el techo (con un ángulo de inclinación α). 

Cabe agregar, que el observador inercial se encuentra en un estado de reposo, es decir sin moverse, por lo que puede concluir desde su perspectiva que la aceleración que lleva la esfera es igual que la del vagón, la cual está proporcionada por la componente horizontal. La componente vertical que es la tensión equilibra el peso.

Por la segunda Ley de Newton se tiene que:

T + m × g = m × a

En componentes:

ΣFx = TSenα = ma
ΣFy = TCosα - mg = 0

- Para un observador no inercial (va en el vagón): La esfera estará en reposo y la aceleración es cero, afirmando que la fuerza neta sobre la esfera es cero. En componentes se expresa:

ΣFx' = TSenα - ma = 0
ΣFy' = TCosα - mg = 0

En resultados matemáticos se obtiene los mismos resultados, pero su interpretación es diferente.