Conceptos de fuerza - preuniversitario popular fragmentos comunes

CIENCIAS: FÍSICA – PLAN GENERAL
FUERZA
Fuerza es la interacción de dos o más cuerpos que puede causar el cambio de su movimiento. Fuerzas constantes
dan origen a cambios progresivos del movimiento de un cuerpo o partícula en el tiempo.
Existen dos tipos de fuerza, las fuerzas de contacto y las fuerzas de no contacto. Las fuerzas de contacto son
llamadas así por que resultan del contacto físico de dos o más cuerpos. Otra clase de fuerza no involucra el
contacto físico entre dos objetos. Los primeros científicos, incluyendo a newton, se sentían incómodos con el
concepto de fuerzas que actúan entre dos cuerpos que no tienen contacto entre sí. Para superar esta dificultad
conceptual, Michael Faraday introdujo el concepto de un campo, y las fuerzas asociadas a él se denominan fuerzas
de campo.
Ejemplo, en la siguiente imagen podemos ver una
partícula sobre una superficie que genera un ángulo alfa
con la horizontal sobre la cual esta una partícula, en este
imagen se pueden apreciar todas las fuerzas que actúan
sobre ella.
FUERZA NORMAL
En física, la fuerza normal 𝐹𝑛 (o 𝑁) 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.
Cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie, ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es perpendicular
a la superficie. De acuerdo con la tercera ley de Newton o "Principio de acción y reacción", la superficie debe
ejercer sobre el cuerpo una fuerza de la misma magnitud y dirección, pero de sentido contrario. Las fuerzas debido
al contacto son siempre perpendiculares (o normales) a la superficie de contacto.
En general, la magnitud o módulo de la fuerza normal es la proyección de la fuerza resultante sobre cuerpo 𝐹𝑟 ,
sobre el vector normal a la superficie. Cuando la fuerza actuante es el peso, y la superficie es un plano inclinado
que forma un ángulo α con la horizontal, la fuerza normal se encuentra multiplicando la masa por g, la gravedad,
de manera que:
𝑁 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ cos(𝛼)
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LEYES DE NEWTON
Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los
cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos
al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en
el universo, en tanto que Constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica
en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó
que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de
otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones... La validez de esas
predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.
PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA
La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento
si se le aplica una fuerza. Newton expone que Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento
uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas aplicadas sobre él.
Un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra
manera, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de
los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo
se ha ejercido una fuerza neta distinta de 0.
SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, este adquiere una aceleración que es proporcional a dicha fuerza, e
inversamente proporcional a la masa inercial del cuerpo:
a=
1
∙F
M
F =M∙a
TERCERA LEY DE NEWTON
“Principio de acción y reacción”. Si sobre un cierto cuerpo se aplica una fuerza, entonces este cuerpo ejerce una
fuerza, de igual magnitud pero de sentido contrario sobre el cuerpo que inicialmente ejerció la fuerza
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DIAGRAMA DE CUERPO L IBRE
El diagrama de cuerpo libre (DCL), corresponde a una herramienta en la que se analiza el cuerpo o partícula como
elemento “dinámicamente aislado”. Para esto se deben representar consecuentemente las fuerzas que actúan
sobre un cuerpo en la situación real. La metodología del DCL comprende los siguientes pasos:





Se plantea una hipótesis de movimiento.
El cuerpo que se analiza se representa como un punto aislado (concepto de partícula).
Las fuerzas que actúan sobre cuerpo se representan vectorialmente en la partícula, manteniendo su
dirección, magnitud y sentido original.
Asignar ubicación al sistema cartesiano de coordenadas convenientemente. Normalmente se sugiere, solo
por razones de sentido práctico, situarlo según el plano del movimiento o del posible movimiento. Por
ejemplo, en el caso de planos inclinados, se debe colocar de preferencia paralelo a la superficie del
desplazamiento.
Aplicar principio de superposición de fuerzas según descomposición vectorial, por lo tanto se debe analizar
eje cartesiano.
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TIPOS DE FUERZAS
Aquí se muestran algunas de las fuerzas más habituales consideradas dentro del análisis racional de una situación
FUERZAS MECÁNICAS
Son aquellas fuerzas de contacto que podemos visualizar siempre en nuestro entorno, como el peso, el roce, la
normal, la tensión, etc.
FUERZA PESO
Es una fuerza dirigida hacia el centro de la tierra, pues corresponde a la
fuerza con que esta atrae a los cuerpos hacia su centro como resultado de la
acción del campo gravitacional que ejerce su masa.
𝑃=𝑚∙𝑔
FUERZA DE ROCE
Cuando un objeto esta en movimiento sobre una superficie o en un medio viscoso, como el aire o el agua, hay
resistencia al movimiento porque el objeto interactúa con su entorno. A esta resistencia se le denomina fuerza de
roce. Las fuerzas de roce son muy importantes en nuestra vida diaria; nos permiten caminar correr y son necesarias
para el movimiento de vehículos con ruedas
La fuerza de roce está directamente relacionada con la fuerza normal sobre el cuerpo, y es ponderada por el
coeficiente de roce.
𝐹𝑟 = 𝜇 ∙ 𝑁
El coeficiente de roce es un número dimensional que
relaciona la fuerza de roce existente entre 2 superficies de
contacto. Todos los materiales que entran en contacto físico
con otros materiales, tiene un coeficiente de roce mutuo para
ese tipo de contacto. Ejemplo: las ruedas de un auto, contra el
asfalto tienen un coeficiente de roce de aproximadamente
0,6.
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FUERZA NORMAL
Se define como la fuerza de igual magnitud y dirección que la fuerza
que un cuerpo ejerce sobre una superficie, pero en sentido
contrario.
FUERZA TENSIÓN
Es la fuerza transmitida a través de una cuerda inextensible y de masa
despreciable, ejercida por un cuerpo ligado a ella. Se representa por un vector
dirigido a lo largo de la cuerda.
FUERZA ELÁSTICA
Al tratar de deformar un sólido, este presenta una
oposición natural como reacción que se manifiesta
explícitamente al cesar la fuerza deformadora, pues trata
de restituirse volviendo a su estado original. En el siglo
XVII, el físico ingles Robert Hooke llego a la conclusión
que la deformación y la fuerza necesaria para producirla
eran directamente proporcionales, mientras la
deformación no fuera excesiva.
El mayor ejemplo de los cuerpos deformables creados
por el hombre, son los resortes.
𝐹𝑒 = −𝐾 ∙ ∆𝑋
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MOMENTO DE FUERZA (TORQUE)
Los cuerpos con ejes de rotación, como las ruedas de los vehículos, puertas y ventanas pueden girar cuando sobre
ellas se ha aplicado cierta fuerza.
El giro de un objeto al que se le aplica una fuerza, se facilita cuando la fuerza aplicada es grande y/o la distancia que
la fuerza aplicada tiene al eje de rotación es grande. Por lo mismo las fuerzas aplicadas en el mismo eje rotacional
no producen giro.
Al hacer girar una rueda, los factores que determinan el torque ejercido sobre el cuerpo que rotara, están
determinados por la magnitud de la fuerza aplicada perpendicularmente al radio de giro y la distancia que esta
fuerza tiene al eje de rotación (radio).
𝜏 = 𝑟 ∙ 𝐹⊥
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