FUERZA
En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad
del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de
partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción).
Según una definición clásica, fuerza es toda causa
agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo
o de energía.
¿Cómo se originan las fuerzas?
Una
interacción entre dos objetos produce dos fuerzas iguales y opuestas, aplicadas
una en cada objeto.
Las
interacciones pueden ser como la electromagnética o por contacto, como las
originadas en un choque o cuando alguien empuja una caja o tira de una cuerda.
Las
interacciones siempre se producen por parejas. Si pasas el puntero del ratón
sobre los rectángulos de la figura, podrás ver qué interacciones están
implicadas en las diferentes zonas.
Características de una fuerza:
Una fuerza se caracteriza por tener cuatro
elementos:
·
Punto de
aplicación
·
Dirección
·
Sentido
·
Intensidad
TIPOS DE FUERZAS
Fuerzas fundamentales
·
La gravitatoria
es la fuerza de atracción que una masa ejerce sobre otra, y afecta a todos los
cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de
alcance infinito.Entre dos cuerpos aparece una fuerza de atracción denominada
gravitatoria, que depende de sus masas y de la separación entre ambos. La
fuerza gravitatoria disminuye con el cuadrado de la distancia, es decir que
ante un aumento de la separación, el valor de la fuerza disminuye al cuadrado.
La fuerza gravitatoria se calcula como:
G = Constante de
gravitación universal. Es un valor que no depende de los cuerpos ni de la masa
de los mismos
·
La fuerza electromagnética
afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las
transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa
que la fuerza gravitatoria, puede tener dos sentidos (atractivo y repulsivo) y
su alcance es infinito.
·
Una fuerza nuclear
es aquella fuerza que tiene origen exclusivamente en el interior de los núcleos
atómicos
La
fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes
de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones
cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones
nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.
La
fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta
de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de
interacción (aparte de la gravitatoria, electromagnética y su alcance es aún
menor que el de la interacción nuclear fuerte.
Fuerza a distancia
Es la
que se produce sin contacto entre los cuerpos que accionan uno sobre otro.
Ejemplos:
a)
La fuerza magnética que ejerce un imán, a distancia sobre un clavo colocado cerca;
b)
La fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos cargados de electricidad contraria;
c)
La fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre cualquier objeto o cuerpo. Ejemplos: un
pájaro, un globo, un avión, etc., que se levantan del suelo no escapan a la gravedad; la Tierra continúa ejerciendo sobre ellos, a distancia,
una fuerza de atracción, tanto más débil cuanto más se eleva el objeto.
Fuerza por contacto:
Es la
fuerza que un cuerpo aplica a otro en contacto con él. Ejemplos:
a) La fuerza
muscular desarrollada
por un hombre o un animal para poner un cuerpo en
movimiento, impedirlo o modificarlo.
b) La fuerza
elástica resultante
de la deformación de un cuerpo elástico, por ejemplo, las gomas de una honda.La
fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una
posición normal, fuera de la cual almacena energía potencial y ejercen
fuerzas
Fuerza por empuje:
Ejercida
por un gas comprimido, el aire o el agua en movimiento (sobre las velas de un bote,
sobre los álabes de una turbina hidráulica, etc.).
a) La fuerza
por frotamiento que
se produce al oprimir un cuerpo sobre otro en movimiento, por ejemplo, al
accionar el freno sobre las ruedas de un vehículo en marcha.
Fuerzas colineales:
Son
fuerzas que actúan sobre la misma línea recta (recta de acción), ya sea en el mismo sentido o en sentido
contrario.
Cuando
dos personas empujan un mueble se dice que aplican un sistema de fuerzas;
siempre es posible hallar una fuerza que, aplicada al cuerpo, produzca
exactamente el mismo efecto que todo el sistema. Si las fuerzas de esas dos
personas son remplazadas por otra persona que por sí sola emplee exactamente la misma
fuerza que las dos anteriores, se obtiene una resultante del sistema.
Fuerza de Rozamiento
La
fuerza de rozamiento surge entre dos cuerpos puestos en contacto cuando uno se
mueve respecto al otro. Sobre cada uno de ellos aparece una fuerza de
rozamiento que se opone al movimiento.
El valor de la fuerza de rozamiento depende de: a) tipo
de superficies en contacto (ej. madera, metal, plástico/granito, etc), b) del estado de la superficies, que pueden ser pulidas,
rugosas, etc. (ej. madera compacta finamente lijada, acero inoxidable) y c) de la fuerza de contacto
entre ellas.
Fuerzas Concurrentes
Un
sistema de fuerzas concurrentes es aquel para el cual existe un punto en común
para todas las rectas de acción de las fuerzas componentes. La resultante es el
elemento más simple al cual puede reducirse un sistema de fuerzas. Como
simplificación diremos que es una fuerza que reemplaza a un sistema de fuerzas.
Se trata de un problema de equivalencia por composición, ya que los dos
sistemas (las fuerzas componentes por un lado, y la fuerza resultante,por el
otro) producen el mismo efecto sobre un cuerpo. En el ejemplo que veremos a
continuación vamos a hallar la resultante en forma gráfica y en forma
analítica.
Fuerzas Paralelas
Si
sobre un cuerpo rígido actúan dos o más fuerzas cuyas líneas de acción son
paralelas, la resultante tendrá un valor igual a la suma de ellas con su línea
de acción también paralela a las fuerzas, pero su punto de aplicación debe ser
determinado con exactitud para que produzca el mismo efecto que las
componentes.
Se
define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre
la misma. Ésta es de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, a la fuerza ejercida por
el cuerpo sobre la superficie.
Fuerza Equilibrante
Se
llama fuerza equilibrante a una fuerza con mismo módulo y dirección que la
resultante (en caso de que sea distinta de cero) pero de sentido contrario. Es
la fuerza que equilibra el sistema. Sumando vectorialmente a todas las fuerzas
(es decir a la resultante) con la equilibrante se obtiene cero, lo que
significa que no hay fuerza neta aplicada.
Fuerza Centrífuga
En la
Mecánica Clásica, la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece
cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en
rotación.
El
calificativo de "centrífuga" significa que "huye del
centro". En efecto, un observador situado sobre la plataforma de una silla
voladora que gira con velocidad angular ? (observador no-inercial) siente que
existe una «fuerza» que actúa sobre él, que le impide permanecer en reposo
sobre la plataforma a menos que él mismo realice otra fuerza dirigida hacia el
eje de rotación, fuerza que debe tener de módulo , siendo la distancia a la que
se encuentra del eje de rotación. Así, aparentemente, la fuerza centrífuga
tiende a alejar los objetos del eje de rotación.
Fuerza Centrípeta
Fuerza
centrípeta es toda fuerza o componente de fuerza dirigida hacia el centro de
curvatura de la trayectoria de una partícula. Así, en el caso del movimiento
circular uniforme, la fuerza centrípeta está dirigida hacia el centro de la
trayectoria circular y es necesaria para producir el cambio de dirección de la velocidad de la partícula.
Si sobre la partícula no actuase ninguna fuerza, se movería en línea recta con
velocidad constante.
Fuerza Resultante
Se
define así a aquella fuerza capaz de reemplazar a las fuerzas componentes para
producir el mismo efecto.
Las
fuerzas, en un sistema en el que actúen todas en la misma dirección, tendrán
una intensidad de sus componentes e igual sentido. Por ejemplo, un caballo tira
de un carro con una fuerza de 100, mientras que el carrero lo empuja con una
fuerza de 50. La resultante es de 150, y tiene la misma dirección y
sentido (fuerzas colineales del mismo sentido).
También
puede darse el caso de un sistema de fuerza con la misma dirección, pero en
sentido opuesto. La resultante tiene el mismo sentido que el de la mayor de las
dos fuerzas, y su intensidad es la diferencia entre ambas. Un ejemplo es
el juego conocido como cinchada, en el que intervienen
dos personas o más que tiran con distintas fuerzas, una hacia la derecha y la
otra hacia la izquierda; la resultante tendrá el sentido de la mayor
fuerza (fuerzas colineales de diferentes sentidos).
Cuando la resultante de las fuerzas aplicadas es
igual a cero, se dice que el cuerpo está en equilibrio
EFECTOS DE LA FUERZA
1) Cambio
de movimiento: Se producen de 3 maneras:
a) Un cuerpo q esta en reposo al aplicarle fuerza se
mueve
b) Un cuerpo q esta en movimiento, al aplicar fuerza
se detiene
c) Un
cuerpo q esta en movimiento con una cierta velocidad al aplicarle fuerza puede
aumentar o disminuir velocidad
2)Cambio
en la forma o deformacion:
Despues
de ejercer la fuerza el cuerpo no recupera su forma original EJ: Arrugar un
papel
Cuando
las fuerzas actúan producen movimiento sobre algún cuerpo o sino lo contrario.
Sobre cada cuerpo actúan muchas fuerzas a la vez, las cuales si las sumamos
recibe el nombre de fuerza neta y estas equivale a la fuerza de todas las
demás. Si la fuerza neta fuese cero, quiere decir que el cuerpo esta sin
movimiento o a una velocidad constante. Y si no esta en cero , no esta en equilibrio y adquiere M.U.A.
¿Cómo se miden las fuerzas?
Las
fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las
deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos. En el
Sistema Internacional de unidades, la fuerza se mide en newtons: 1 newton (N)
es la fuerza que proporciona a un objeto de 1 kg de masa una aceleración de 1
metro por segundo al cuadrado.
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