LA FUERZA
La fuerza es un concepto difícil de definir, pero muy conocido. Sin que
nos digan lo que es la fuerza podemos intuir su significado a través de la
experiencia diaria.
Una fuerza es algo que cuando
actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto. Fuerza es
todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo o
de movimiento.
Por ejemplo, al levantar pesas, al golpear una pelota con la cabeza o
con el pie, al empujar algún cuerpo sólido, al tirar una locomotora de los
vagones, al realizar un esfuerzo muscular al empujar algo, etcétera siempre hay
un efecto.
El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser:
• modificación del estado de movimiento en que se
encuentra el objeto que la recibe
• modificación de su aspecto físico
También pueden ocurrir los dos efectos
en forma simultánea. Como sucede, por ejemplo, cuando alguien patea una lata de
bebida: la lata puede adquirir movimiento y también puede deformarse.
De todos los ejemplos citados podemos
concluir que:
• La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce
sobre otro objeto (se dice que hay una interacción). Esto puede apreciarse
en los siguientes ejemplos:
— un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su
cabeza
— un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la Tierra
— un objeto repele a otro: un imán repele a otro imán
— un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol
impulsa la pelota con un cabezazo
— un objeto frena a otro:
un ancla impide que un barco se aleje.
• Debe haber dos cuerpos: de acuerdo a lo anterior, para
poder hablar de la existencia de una fuerza, se debe suponer la presencia
de dos cuerpos, ya que debe haber un cuerpo que atrae y otro que es atraído,
uno que impulsa y otro que es impulsado, uno que empuja y otro que es empujado,
etc.
Dicho de otra manera, si se observa que
sobre un cuerpo actúa una fuerza, entonces se puede decir que, en algún lugar,
hay otro u otros cuerpos que constituyen el origen de esa fuerza.
• Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se
necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro
cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto
ejerza fuerza sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede
"patearse" a sí misma).
• La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección:
puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda,
formando un ángulo dado con la horizontal, etc.
Las fuerzas se representan mediante flechas (vectores). Los segmentos de
recta indican la dirección y el extremo acabado en una punta de flecha, el
sentido.
Se representa un vector gráficamente a
través de una flecha en la dirección correspondiente
Resumiendo: En física, fuerza
es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un
cuerpo. Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de
modificar su estado de reposo o de movimiento.
Clasificación de las fuerzas
Las fuerzas se pueden clasificar de
acuerdo a algunos criterios: según su punto de aplicación y según el tiempo que
dure dicha aplicación.
Según su punto de aplicación:
a) Fuerzas de contacto: son aquellas en que el cuerpo que
ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo que la recibe.
Un golpe de cabeza a la pelota, sujetar algo, tirar algo, etc.
b) Fuerzas a distancia: el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la
recibe no entran en contacto físicamente.
El ejemplo más familiar de una fuerza
de este tipo es la atracción gravitatoria terrestre, responsable de que todos
los cuerpos caigan hacia el suelo. Otro ejemplo es la fuerza que un imán ejerce
sobre otro imán o sobre un clavo.
Según el tiempo que dura la aplicación
de la fuerza:
a) Fuerzas impulsivas: son,
generalmente, de muy corta duración, por ejemplo: un golpe de raqueta.
b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo
comparable o mayor que los tiempos característicos del problema de que se
trate.
Por ejemplo, el peso de una persona es
una fuerza que la Tierra ejerce siempre sobre la persona. La fuerza que ejerce
un cable que sostiene una lámpara, durará todo el tiempo que la lámpara esté
colgando de ese cable. La fuerza que ejerce el cable sobre un teleférico durará
mientras ahí esté.
Asimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden
ser exteriores e interiores.
a) Fuerzas exteriores: son las que actúan sobre un
cuerposiendo ejercidas por otros cuerpos.
b) Fuerzas
interiores: son las que una parte de un cuerpo ejerce sobre otra parte de
si mismo.
Tipos de Fuerza
Existen distintos tipos de fuerzas, algunos de ellos son:
Fuerza elástica: es la que logran ejercer los resortes que, fuera
de su posición normal, es decir, cuando están comprimidos o estirados y logran
ejercer fuerza, ya sea empujando o tironeando un cuerpo.
Fuerza de rozamiento: es la fuerza de contacto que surge cuando un
cuerpo es deslizado sobre una superficie y se opone a este movimiento. Dentro
de esta fuerza encontramos dos tipos: las dinámicas y
las estáticas. La fuerza estática establece la fuerza mínima que se
precisa para mover un cuerpo. Esta fuerza es equivalente a la fuerza que se
necesite para mover un cuerpo, aunque en sentido contrario. La fuerza que se
opone al movimiento de un cuerpo es la de rozamiento dinámico.
Fuerza normal: es aquella que
ejerce una superficie cuando reacciona ante un cuerpo que se desliza
sobre ella.
Fuerza gravitatoria: es aquella fuerza de atracción que surge entre
dos cuerpos. Esta fuerza está condicionada por la distancia y masa de ambos
cuerpos y disminuye al cuadrado a medida que se incrementa la distancia.
Dentro de este tipo de fuerza se encuentra el peso que es la
fuerza gravitatoria que se ejerce por la aceleración del planeta, ya sea la
Tierra o cualquier otro. Esta fuerza gravitatoria depende de la distancia y la
gravedad en la que se encuentre el cuerpo. El par de reacción del peso se
encuentra en el planeta. Tomado de
Unidades de fuerza
El primer paso para poder cuantificar una magnitud física es
establecer una unidad para medirla.
En el Sistema Internacional (SI) de unidades la fuerza se mide
en newtons(símbolo: N), en el CGS en dinas (símbolo,
dyn) y en el sistema técnico enkilopondio (símbolo: kp), siendo
un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o
simplemente un kilo.
Un newton es la fuerza que, al ser aplicada
a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por
segundo al cuadrado.
Se llama Peso de un cuerpo a
la fuerza de atracción que ejerce sobre él la gravedad terrestre.
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo,
mayor será la atracción que ejerce sobre él la gravedad terrestre y, por tanto,
también será mayor su peso. Por tanto, el peso de un cuerpo es directamente
proporcional a su masa.
P = m·g (P = Peso, m = masa, g =
aceleración de la gravedad).
Masa y peso
La masa de un cuerpo no debe
confundirse con su peso. La masa depende de la cantidad de materia que tiene el
cuerpo y es constante, no depende de dónde esté. Se mide con una balanza.
El peso de un cuerpo varía con la
gravedad, a mayor gravedad, mayor peso. No es lo mismo el peso en la Tierra que
el peso en otro planeta. Se mide con un dinamómetro.
Las fuerzas producen deformaciones
Uno de los efectos que producen las
fuerzas sobre los cuerpos son las deformaciones. Los sólidos se clasifican
en dos grupos: deformables y no deformables.
- Sólidos deformables: Son
aquellos que se deforman al aplicarles una fuerza. Se clasifican en dos grupos:
- Cuerpos plásticos: Se deforman por la acción
de una fuerza y no recuperan su forma inicial al dejar de actuar dicha
fuerza. Ejemplos: Plastilina, cera, manteca, etc.
- Cuerpos elásticos: Se deforman por la acción
de una fuerza pero recuperan su forma inicial cuando deja de actuar la
fuerza. Ejemplos: Gomas elásticas, muelles, etc.
- Sólidos no deformables: Se
llaman también sólidos rígidos. Si las fuerzas que actúan son muy grandes,
se pueden romper, produciéndose una ruptura o fractura.
Leyes de Newton
Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros como
los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así
como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas
Primera ley o ley de inercía
Todo cuerpo permanece en su estado de
reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen
sobre él.
La primera ley de Newton, conocida
también como Ley de inercía, nos dice que si sobre un cuerpo no actua ningún
otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad
constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo
su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a
menos que se aplique unafuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí,
que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce
o fricción, que los frena de forma progresiva.
Por ejemplo, los proyectiles continúan en su movimiento mientras no sean
retardados por la resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la fuerza
de gravedad.
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente
proporcional a su aceleración.
Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa
no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el
estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.
En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de
un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección
de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los
cuerpos.
Ejemplo: Si un carro de tren en movimiento con una carga, se
detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga
tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en
el momento del choque.
Tanto la fuerza como la aceleración son
magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y
un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m a
Tercera ley o Principio de
acción-reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza
sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza
que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y
dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.
Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual
magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.
Esto es algo que podemos comprobar a
diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia
arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que
nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros tambien
nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra
persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a
nosotros.
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