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Un mundo de fuerzas


Una Interacción no es lo mismo que una fuerza, dado que a la palabra "interacción" se le asigna un significado más amplio. A pesar que los dos términos son usados a menudo como si fueran intercambiables, los físicos prefieren la palabra "interacciones."
Una fuerza es la acción que un cuerpo ejerce sobre otro o viceversa. Ejemplo: , indica la fuerza que el cuerpo 1 ejerce sobre el cuerpo 2. Las interacciones entre dos cuerpos son traducidas a través del concepto de fuerza.


Las primeras ideas de fuerza se obtienen de las sensaciones de esfuerzo muscular que se hacen para deformar cuerpos elásticos o para acelerar un objeto. De esta manera se obtiene la noción de los dos efectos que puede producir una fuerza aplicada a un cuerpo. Uno de los efectos es el dinámico o movimiento del cuerpo, y el otro es el estático o su deformación.



Una fuerza es la causa que permite producir, impedir o modificar el movimiento de los cuerpos, deformar, alterar o no las formas de éstos y su existencia a consecuencia de las interacciones entre cuerpos.


Ahora por ejemplo recárgate en una pared. ¿Sientes un apretón en el hombro o en la mano con la que te recargas? Quién te está dando ese apretón? Cuando te recargas en la pared estás ejerciendo una fuerza sobre ella. La pared al mismo tiempo ejerce una fuerza sobre ti (ese es el apretón que sientes en el hombro o en la mano) Esto quiere decir que cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, el objeto reacciona ejerciendo una fuerza sobre ti. Las fuerzas suelen venir en parejas.

El peso
Es la fuerza con que un cuerpo es atraído por la tierra. Como el peso es una fuerza luego es también una magnitud vectorial. La aceleración adquirida por el cuerpo es la aceleración de la gravedad g, que es una magnitud vectorial dirigida verticalmente hacia abajo y como consecuencia el peso es una magnitud vectorial también dirigida verticalmente hacia abajo.

El peso es el producto de la masa gravitacional del cuerpo por la aceleración de la gravedad terrestre. = m.



El valor de varía de unos puntos a otros de la superficie terrestre y en consecuencia, el peso de un cuerpo es también variable. La masa permanece constante en todo lugar.




Como las fuerzas son consecuencias de las interacciones básicas que existen en la naturaleza, todas las fuerzas observadas en ella pueden explicarse en función de las interacciones mencionadas.
Para muchos fines, es conveniente dividir las diversas fuerzas que pueden actuar sobre un cuerpo material en dos clases: fuerzas de acción a distancia y fuerzas de contacto.


Fuerzas de acción a distancia
Las fuerzas se producen sin que haya contacto entre los cuerpos. En este tipo de fuerzas es importante tener presente el concepto de campo de fuerzas . La Tierra crea en sus inmediaciones un campo gravitatorio de fuerzas, una carga eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico de fuerzas, un imán origina un campo magnético de fuerzas. A ella pertenecen las fuerzas gravitacionales, las eléctricas, que actúan entre cuerpos cargados eléctricamente, y las nucleares que actúan entre los núcleos de los átomos. Pueden ser:

Fuerza Eléctrica: Fuerza debida a la atracción o repulsión de cuerpos electrizados.
Fuerza Nuclear:
Fuerza desarrollada en el núcleo de un átomo.
Fuerza Magnética:
Fuerza debida a la atracción o repulsión de objetos magnetizados
Fuerza Gravitacional:
Fuerza ejercida por la acción entre objetos debida a sus masas


Fuerzas de contacto:
Se precisa para su producción que ambos cuerpos estén en contacto físico (sentido macroscópico). Esas fuerzas son:

Fuerza elástica:
Un objeto es elástico cuando se deforma por la acción de una fuerza, pero que recobra su forma primitiva cuando la fuerza deja de actuar.
La fuerza elástica es aquella que se origina en un objeto elástico (banda de goma o resorte) al estirarlo o comprimirlo.

 


Es una fuerza de origen electromagnético, debida a las fuerzas de interacción entre las moléculas del objeto elástico, oponiéndose al estiramiento o comprensión. En particular, la fuerza que opone un resorte al estiramiento o comprensión se llama fuerza recuperadora o fuerza restauradora.

Dentro de ciertos límites el módulo F de la fuerza recuperadora es directamente proporcional al estiramiento o comprensión X del resorte. Es decir: = K. , siendo K una constante de proporcionalidad que se denomina constante de elasticidad . Este resultado se conoce con el nombre de Ley de Hooke.


Fuerza de Tensión
Es la fuerza ejercida por una cuerda, considerada de masa despreciable e inextensible, sobre un cuerpo que está ligado a ella. Las fuerzas de tensión son aquéllas que se originan en objetos tales como varillas, cables, alambres o cuerda, equilibrando las fuerzas externas aplicadas en sus extremos, oponiéndose al alargamiento o estiramiento de los mismos. Son fuerzas de origen electromagnético que se producen debido a las fuerzas de interacción entre las moléculas del objeto, las cuales se oponen al alargamiento o estiramiento.


Fuerza Normal

Es la fuerza ejercida por una superficie sobre un cuerpo que se encuentra apoyado en ella y actúa en dirección perpendicular al plano. Así por ejemplo al representar un bloque que descansa sobre una mesa. Debido a la atracción gravitatoria el bloque ejerce una fuerza sobre la superficie de la mesa.

= m. , siendo m la masa del bloque y la aceleración de la gravedad. Esta fuerza presiona sobre la superficie de la mesa y como las moléculas de ésta ofrecen resistencia a la compresión, la mesa ejerce sobre el bloque una fuerza que se designa por , del mismo módulo que , pero de sentido opuesto.



Fuerza de Roce
Aparece como consecuencia de la interacción de contacto entre cuerpos.
La fuerza de roce, fricción o rozamiento (Fr) es aquélla que se origina tangencialmente a la superficie de contacto de dos objetos, oponiéndose al movimiento de uno de ellos respecto al otro. Esta fuerza es de origen electromagnético, debido a las fuerzas de interacción entre las moléculas de las superficies en contacto.
La fuerza de roce aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos cuando uno de ellas se desliza sobre el otro.


Si no existiera el roce, el cuerpo que se desliza por un plano lo haría con movimiento rectilíneo y uniforme. De existir el roce, su movimiento sería retardado, lo cual significa que su velocidad irá disminuyendo hasta quedar finalmente en reposo

Leyes de la fuerza de Roce
- Siempre tendrá sentido opuesto al sentido de movimiento del cuerpo.
- La dirección de la fuerza de roce es paralela a la superficie de contacto.
- Es independiente del área de contacto entre las superficies.
- Depende de la naturaleza de las superficies de contacto.
- La magnitud es directamente proporcional a la magnitud de la Normal a la superficie de contacto.

Matemáticamente se expresa Fr = µ .
Donde m es el coeficiente de rozamiento



Coeficientes de rozamiento
Es la constante de proporcionalidad m entre la fuerza de roce y la fuerza normal.
Existen dos tipos de coeficientes que son:

Coeficiente de rozamiento estático (µe) Cuando el cuerpo está en reposo
Coeficiente de rozamiento cinético (µc) Aparece en el momento en que el cuerpo está en movimiento.

Se sabe de forma experimental que la fuerza necesaria para mantener un objeto deslizándose a velocidad constante es menor que la necesaria para ponerlo en movimiento. Es decir, que la fuerza de rozamiento cinético es sensiblemente menor que la fuerza de rozamiento estático. En consecuencia, comparando las expresiones anteriores, se deduce que µ c<µe
Véase tabla de coeficiente de rozamientos





Diagrama de cuerpo libre
Para los efectos de la resolución de problemas, y con el fin de reconocer el número de fuerzas que actúan sobre un cuerpo se recomienda hacer el diagrama de cuerpo libre (DCL) , el cual es un dibujo donde aparece el cuerpo, o partícula aislada en estudio, en igual posición que en el problema, y en el que se indican todas las fuerzas aplicadas sobre cuerpo como consecuencia de interacciones con otros cuerpos.


Por lo tanto, para realizar el DCL de una partícula son imprescindibles tres cosas: Elección del cuerpo problema, reconocer el número de interacciones a que está sometido el cuerpo y un sistema de referencia.

Para mayor facilidad en el tratamiento de los problemas es de uso frecuente ubicar el DCL en sistema de coordenadas (X-Y), de tal manera que por lo menos una fuerza coincida con los ejes.



 
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