Fuerza mecánica

Fuerza mecanica
Toyo. Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de
movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su
velocidad.
El concepto de fuerza fue descrito por primera vez por Arquímedes. Galileo Galilei realizó
experimentos con esferas rodando por un plano inclinado para falsar la teoría del movimiento de
Aristóteles (1602 - 1607). Isaac Newton se considera el primero que formuló matemáticamente el
moderno concepto de fuerza, aunque también usó el término latino vis 'fuerza' para otros
conceptos diferentes además de la fuerza. Además, Isaac Newton postuló que las fuerzas
gravitatorias variaban según la ley de la inversa del cuadrado. Charles Coulomb se considera que
fue el primero que comprobó que la interacción entre cargas eléctricas puntuales variaba también
según la ley de la inversa del cuadrado (1784). Henry Cavendish fue el primero que logró medir
experimental en 1798 la fuerza de la gravedad entre dos masas pequeñas, usando una balanza de
torsión, gracias a lo cual pudo encontrarse el valor de la constante de la gravitación universal y, por
tanto, pudo haber calculado la masa de la Tierra. Con el desarrollo de la electrodinámica cuántica a
mediados del siglo XX se constató que "fuerza" era una magnitud puramente macroscópica,
surgida de la conservación del momento para partículas elementales. Por esa razón las llamadas
fuerzas fundamentales suelen denominarse "interacciones fundamentales". Aristóteles y otros
creyeron que el "estado natural" de los objetos materiales de la esfera terrestre era el reposo y que
los cuerpos tendían por sí mismos hacia ese estado si no se actuaba sobre ellos de ningún modo.
De acuerdo con Aristóteles la perseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente
(algo que parece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas de fricción nos pasan
desapercibidas). De hecho la primera ley de Newton, que contradice la tesis de Aristóteles y según
la cual un objeto sobre el que no actúa ninguna fuerza permanece en movimiento inalterado, no
resulta obvia para la mayoría de personas que la oyen por primera vez.
La Fuerza Gravitatoria
La gravedad, denominada también fuerza gravitatoria, fuerza de gravedad, interacción
gravitatoria o gravitación, es la fuerza teórica de atracción que experimentan entre sí los
objetos con masa.
Tiene relación con la fuerza que se conoce como peso. El peso, que es familiar a todos,
es la fuerza de gravedad que ejerce la masa de la Tierra, respecto cualquier objeto que
esté en su entorno, por ejemplo, la masa del cuerpo humano. Se aprovecha esta fuerza
para medir la masa de los objetos con bastante precisión, por medio de básculas de
pesas. La precisión alcanzada al pesar se debe a que la fuerza de gravedad que existe
entre la tierra y los objetos de su superficie es similar en cualquier lugar que esté a la
misma distancia del centro terrestre, aunque esta disminuirá proporcionalmente si se
alejan, tanto de la pesa como del objeto a pesar.
En otros planetas o satélites, el peso de los objetos varía si la masa de los planetas o
satélites es diferente (mayor o menor) a la masa de la Tierra.
Los efectos de la gravedad son siempre atractivos, y la fuerza resultante se calcula
respecto del centro de gravedad de ambos objetos (en el caso de la Tierra, el centro de
gravedad es su centro de masas, al igual que en la mayoría de los cuerpos celestes de
características homogéneas).
La gravedad tiene un alcance teórico infinito, sin embargo, la fuerza es mayor si los
objetos están cerca uno del otro, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde
intensidad. La pérdida de intensidad de esta fuerza es proporcional al cuadrado de la
distancia que los separa. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al doble de distancia,
entonces la fuerza de gravedad será la cuarta parte.
Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas hasta el momento en la
naturaleza y es la responsable de los movimientos a gran escala que se observan en el
Universo: La órbita de la Luna
Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o al componente de la fuerza que actúa sobre un objeto en
movimiento sobre una trayectoria curvilínea, y que está dirigida hacia el centro de curvatura de
la trayectoria.
El término «centrípeta» proviene de las palabras latinas centrum, «centro» y petere, «dirigirse
hacia», y puede ser obtenida a partir de las leyes de Newton. La fuerza centrípeta siempre actúa
en forma perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso
de un objeto que se mueve en trayectoria circular con velocidad cambiante, la fuerza neta sobre el
cuerpo puede ser descompuesta en un componente perpendicular que cambia la dirección del
movimiento y uno tangencial, paralelo a la velocidad, que modifica el módulo de la velocidad.
La fuerza centrípeta no debe ser confundida con la fuerza centrífuga, tal como se explica en la
sección Malentendidos comunes.
La fuerza de fricción se da a partir del contacto entre dos cuerpos. En
realidad, éste efecto siempre está presente en el movimiento de un cuerpo
debido a que siempre se desplaza haciendo contacto con otro (el aire en la
mayoría de los casos); en algunos casos, éste efecto es muy pequeño y es una
buena aproximación despreciar su valor, pero en otros, es necesario tomar
en cuenta ésta fuerza, debido a que determina el valor del movimiento.
Cuando un cuerpo descansa sobre una superficie, podemos expresar la
fuerza de contacto (por tercera ley del movimiento) en términos de sus
componentes paralela y perpendicular a la superficie: la componente
perpendicular es la fuerza normal N y la paralela a la superficie es la de
fricción Ff. La dirección de Ff siempre es opuesta al movimiento relativo de
las dos superficies.
El tipo de fricción que actúa cuando un cuerpo se desliza sobre una
superficie es la fuerza de fricción cinética, Ffk (*). Ésta fuerza es
proporcional a la normal: Ffk α N.
Fuerza eléctrica
Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende de el valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen. La fuerza entre dos cargas se calcula como:
q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2
d = Distancia de separación entre las cargas
Fe = Fuerza eléctrica
La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto además de determinar el módulo se deben determinar dirección y sentido.
Dirección de la fuerza eléctrica
Si se trata únicamente de dos cargas, la dirección de la fuerza es colineal a la recta que une ambas cargas. Sentido de la fuerza eléctrica
El sentido de la fuerza actuante entre dos cargas es de repulsión si ambas cargas son del mismo signo y de atracción si las cargas son de signo contrario.
Fuerzas originadas por varias cargas sobre otra
Si se tienen varias cargas y se quiere hallar la fuerza resultante sobre una de ellas, lo que se debe hacer es plantear cada fuerza sobre la carga (una por cada una de las otras cargas). Luego se tienen todas las fuerzas actuantes sobre esta carga y se hace lacomposición de fuerzas, con lo que se obtiene un vector resultante.
Fuerza magnética
La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide un
observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas magnéticas son producidas por
el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación
entre la electricidad y el magnetismo.
Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética
entre cargas en movimiento. Esto sucede porque en el interior de los imanes convencionales existen
microcorrientes que macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen del
material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los de salida el otro polo.