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La Fuerza, Definición y conceptos

la fuerza

El significado de la fuerza

Una fuerza es un empuje o un tirón sobre un objeto resultante de la interacción del objeto con otro objeto. Cada vez que hay una interacción entre dos objetos, hay una fuerza sobre cada uno de los objetos. Cuando cesa la interacción , los dos objetos ya no experimentan la fuerza. Las fuerzas sólo existen como resultado de una interacción.

Contacto vs Fuerza de Acción-a-Distancia

Por razones de simplicidad, todas las fuerzas (interacciones) entre objetos se pueden clasificar en dos grandes categorías:

  • Fuerzas de contacto y
  • Fuerzas resultantes de la acción a distancia

Las fuerzas de contacto son aquellos tipos de fuerzas que resultan cuando se percibe que los dos objetos que interactúan se ponen en contacto físicamente entre sí. Ejemplos de fuerzas de contacto incluyen fuerzas de fricción, fuerzas de tensión, fuerzas normales, fuerzas de resistencia del aire y fuerzas aplicadas. Estas fuerzas específicas serán discutidas más detalladamente más adelante en la Lección 2 , así como en otras lecciones.

Las fuerzas de acción en una distancia son aquellos tipos de fuerzas que resultan incluso cuando los dos objetos que interactúan no están en contacto físico entre sí, pero son capaces de ejercer un empuje o un tirón a pesar de su separación física. Ejemplos de fuerzas de acción en una distancia incluyen fuerzas gravitatorias. Por ejemplo, el sol y los planetas ejercen una atracción gravitacional el uno sobre el otro a pesar de su gran separación espacial. Incluso cuando sus pies dejan la tierra y ya no están en contacto físico con la tierra, hay una atracción gravitacional entre usted y la Tierra. Las fuerzas eléctricas son fuerzas de acción a distancia. Por ejemplo, los protones en el núcleo de un átomo y los electrones fuera del núcleo experimentan un tirón eléctrico hacia el otro a pesar de su pequeña separación espacial. Y las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción en una distancia. Por ejemplo, dos imanes pueden ejercer una atracción magnética entre sí incluso cuando están separados por una distancia de unos pocos centímetros.

Ejemplos de fuerzas de contacto y de acción en la distancia se enumeran en la tabla siguiente.

Fuerzas de contacto
Fuerzas de acción a distancia
Fuerza de fricción
Fuerza gravitacional
Fuerza de tensión
Fuerza eléctrica
Fuerza normal
Fuerza magnética
Fuerza de resistencia aérea
Fuerza aplicada
Fuerza de la primavera

 


El Newton

Fuerza es una cantidad que se mide utilizando la unidad métrica estándar conocida como Newton . Un Newton es abreviado por un “N.” Decir “10.0 N” significa 10.0 Newton de fuerza. Un Newton es la cantidad de fuerza requerida para dar una masa de 1 kg y una aceleración de 1 m / s / s. Por lo tanto, puede expresarse la siguiente equivalencia unitaria:

1 Newton = 1 kg • m / s 2
 

La fuerza es una cantidad vectorial

Una fuerza es una cantidad vectorial . Como se ha aprendido en una unidad anterior , una cantidad vectorial es una cantidad que tiene tanto magnitud como dirección. Para describir completamente la fuerza que actúa sobre un objeto, debe describir tanto la magnitud (tamaño o valor numérico) como la dirección. Así, 10 Newton no es una descripción completa de la fuerza que actúa sobre un objeto. En contraste, 10 Newton, hacia abajo, es una descripción completa de la fuerza que actúa sobre un objeto; Tanto la magnitud (10 Newton) y la dirección (hacia abajo) se dan.

u2l2a4 - La Fuerza, Definición y conceptosDebido a que una fuerza es un vector que tiene una dirección, es común representar fuerzas usando diagramas en los que una fuerza está representada por una flecha. Dichos diagramas vectoriales se introdujeron en una unidad anterior y se utilizan a lo largo del estudio de la física. El tamaño de la flecha refleja la magnitud de la fuerza y ​​la dirección de la flecha revela la dirección en que actúa la fuerza. (Tales diagramas son conocidos como diagramas de cuerpo libre y se discuten más adelante en esta lección.) Además, porque las fuerzas son vectores, el efecto de una fuerza individuo sobre un objeto a menudo se cancela por el efecto de otra fuerza. Por ejemplo, el efecto de una fuerza ascendente de 20-Newton que actúa sobre un libro se anula por el efecto de una fuerza descendente de 20-Newton que actúa sobre el libro. En tales casos, Se dice que las dos fuerzas individuales se equilibran entre sí ; No habría ninguna fuerza desequilibrada actuando sobre el libro.

 

u2l2a3 - La Fuerza, Definición y conceptosSe podrían imaginar otras situaciones en las que dos de las fuerzas vectoriales individuales se anulan entre sí (“equilibrio”), pero existe una tercera fuerza individual que no está equilibrada por otra fuerza. Por ejemplo, imagine un libro deslizándose sobre la superficie rugosa de una mesa de izquierda a derecha. La fuerza descendente de la gravedad y la fuerza ascendente de la mesa que soporta el libro actúan en direcciones opuestas y, por lo tanto, se equilibran entre sí. Sin embargo, la fuerza de fricción actúa hacia la izquierda, y no hay una fuerza hacia la derecha para equilibrarla. En este caso, una fuerza desequilibrada actúa sobre el libro para cambiar su estado de movimiento .


 Tipos de fuerza

 

Tipo de Fuerza
(Y símbolo)
Descripción de la Fuerza

Fuerza aplicada

app
Una fuerza aplicada es una fuerza aplicada a un objeto por una persona u otro objeto. Si una persona está empujando un escritorio a través del cuarto, entonces hay una fuerza aplicada que actúa sobre el objeto. La fuerza aplicada es la fuerza ejercida sobre la mesa por la persona.

Fuerza de gravedad

(También conocido como Peso)

grav
La fuerza de la gravedad es la fuerza con la cual la tierra, la luna u otro objeto masivamente grande atraen a otro objeto hacia sí mismo. Por definición, este es el peso del objeto. Todos los objetos sobre la tierra experimentan una fuerza de gravedad que se dirige “hacia abajo” hacia el centro de la tierra. La fuerza de la gravedad en la tierra es siempre igual al peso del objeto tal como se encuentra en la ecuación:

Fgrav = m * g
Donde g = 9,8 N / kg (en la Tierra)Y m = masa (en kg)

(Precaución: no confunda el peso con la masa.)

 

Fuerza normal

Norma f
La fuerza normal es la fuerza de soporte ejercida sobre un objeto que está en contacto con otro objeto estable. Por ejemplo, si un libro descansa sobre una superficie, entonces la superficie ejerce una fuerza ascendente sobre el libro para soportar el peso del libro. En ocasiones, una fuerza normal se ejerce horizontalmente entre dos objetos que están en contacto entre sí. Por ejemplo, si una persona se apoya contra una pared, la pared empuja horizontalmente sobre la persona.

Fuerza de fricción

frict
La fuerza de fricción es la fuerza ejercida por una superficie cuando un objeto se mueve a través de ella o hace un esfuerzo para moverse a través de ella. Existen al menos dos tipos de fricción: deslizamiento y fricción estática. Aunque no siempre es así, la fuerza de fricción a menudo se opone al movimiento de un objeto. Por ejemplo, si un libro se desliza sobre la superficie de un escritorio, entonces el escritorio ejerce una fuerza de fricción en la dirección opuesta a su movimiento. La fricción resulta de que las dos superficies se presionan juntas estrechamente, causando fuerzas de atracción intermoleculares entre moléculas de diferentes superficies. Como tal, la fricción depende de la naturaleza de las dos superficies y del grado en que se presionan juntas. La cantidad máxima de fuerza de fricción que una superficie puede ejercer sobre un objeto se puede calcular usando la siguiente fórmula:

frict = μ • F norma

 

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Fuerza de resistencia aérea

de aire
La resistencia del aire es un tipo especial de fuerza de fricción que actúa sobre los objetos a medida que viajan a través del aire. A menudo se observa que la fuerza de la resistencia del aire se opone al movimiento de un objeto. Esta fuerza será frecuentemente descuidada debido a su magnitud despreciable (y debido al hecho de que es matemáticamente difícil predecir su valor). Es más notable para los objetos que viajan a altas velocidades (por ejemplo, un skydiver o un esquiador de descenso) o para objetos con grandes superficies.

Fuerza de tensión

Diez decenas
La fuerza de tensión es la fuerza que se transmite a través de una cuerda, una cuerda, un cable o un alambre cuando es atrapada por fuerzas que actúan desde extremos opuestos. La fuerza de tensión es dirigida a lo largo de la longitud del alambre y tira igualmente sobre los objetos en los extremos opuestos del alambre.

Fuerza de la primavera

primavera
La fuerza del muelle es la fuerza ejercida por un resorte comprimido o estirado sobre cualquier objeto que se le fije. Un objeto que comprime o estira un muelle es siempre actuado por una fuerza que restaura el objeto a su posición de reposo o de equilibrio. Para la mayoría de los resortes (específicamente, para aquellos que se dice que obedecen la ” Ley de Hooke “), la magnitud de la fuerza es directamente proporcional a la cantidad de estiramiento o compresión de la primavera.

 

 

Confusión de masa y peso

Se deben agregar algunos comentarios adicionales sobre la fuerza única que es fuente de mucha confusión para muchos estudiantes de física – la fuerza de la gravedad. Como se mencionó anteriormente , la fuerza de la gravedad que actúa sobre un objeto se refiere a veces como el peso del objeto. Muchos estudiantes de física confunden el peso con la masa. La masa de un objeto se refiere a la cantidad de materia que contiene el objeto; El peso de un objeto es la fuerza de gravedad que actúa sobre ese objeto. La masa está relacionada con cuánta materia hay y el peso está relacionado con la atracción de la Tierra (o cualquier otro planeta) sobre esa materia . La masa de un objeto (medida en kg) será la misma sin importar en qué lugar del universo se encuentre ese objeto. La masa nunca se altera por la localización, la atracción de la gravedad, la velocidad o incluso la existencia de otras fuerzas. Por ejemplo, un objeto de 2 kg tendrá una masa de 2 kg si está localizado en la Tierra, la Luna o Júpiter; Su masa será de 2 kg si se mueve o no (al menos para los propósitos de nuestro estudio); Y su masa será de 2 kg si está siendo empujada o no. Tema Relacionado El trabajo.

Por otro lado, el peso de un objeto (medido en Newton) variará de acuerdo con el universo en el que se encuentre el objeto. El peso depende de qué planeta está ejerciendo la fuerza y ​​la distancia que el objeto es del planeta. El peso, equivalente a la fuerza de la gravedad, depende del valor de g – la fuerza del campo gravitatorio. En la superficie de la tierra g es de 9,8 N / kg (a menudo aproximada a 10 N / kg). En la superficie de la luna, g es 1,7 N / kg. Vaya a otro planeta, y habrá otro valor de g . Además, el valor de g es inversamente proporcional a la distancia desde el centro del planeta. Así que si tuviéramos que medir g a una distancia de 400 km por encima de la superficie terrestre, Entonces encontraríamos que el valor g es menor que 9,8 N / kg. (La naturaleza de la fuerza de la gravedad será discutida con más detalle en una unidad posterior del Aula de Física ). Sea siempre cauteloso de la distinción entre masa y peso. Es la fuente de mucha confusión para muchos estudiantes de física.

 

Foto de la física de Flickr

Una masa de 1,0 kg se suspende de una escala de resorte en un esfuerzo para determinar su peso. La escala es de apenas 10.0 N – lo suficientemente cerca como para llamarla 9.8 N. La masa se refiere a cuánta materiaestá presente en el objeto. El peso se refiere a la fuerza con la que la gravedad tira del objeto.

Masa Peso Vs

 

 

 

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