¿Qué es una fuerza? Ensaye o
recuerde una definición sobre el tema.
¿Qué efecto tienen las fuerzas
sobre los cuerpos? ¿Tienen más de un efecto?
¿La observación de que fenómeno
permite inferir que hay una fuerza actuando?
Intuitivamente experimentamos una fuerza como cualquier
empuje sobre un objeto, por ejemplo cuando empujamos un carrito de
supermercado, cuando un motor levanta un ascensor, cuando un martillo golpea un
clavo. En todos los casos se está ejerciendo una fuerza (que en estos casos
llamaremos de contacto). Para sacar un objeto del reposo también hace falta una
fuerza, lo mismo que para detenerlo o cambiarle la dirección o la velocidad, en
otras palabras para acelerar un cuerpo siempre hace falta una fuerza (Giancoli,
2008). Por otro lado si una fuerza comienza a actuar sobre un cuerpo y algo
impide el movimiento, entonces el cuerpo se deformará. Estas observaciones nos
permiten ensayar una definición:
Fuerza es toda acción capaz de
modificar el estado de reposo o movimiento que posee un cuerpo, o de provocarle
una deformación.
Si bien el tema es físicamente mucho más complejo, y no solo
por la variabilidad comentada, en las aplicaciones que veremos en este Módulo
vamos a trabajar con fuerzas constantes (aunque en la vida real algunas no lo
sean), y fundamentalmente con: peso, tensión, normal, rozamiento y fuerzas externas.
Peso de los cuerpos
Fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos. Se considera “g” constante e igual a 9,81 m/seg2, ya que en las proximidades de la superficie terrestre la distancia entre el cuerpo y la Tierra se puede aproximar al radio de la misma (con la Ley de Gravitación Universal).
FPeso = m.g ó Peso = m.g
FPeso = fuerza peso [N]
m = masa de la partícula [Kg]
g = aceleración de la
gravedad [9,81 m/seg2]
Responder antes de continuar ¿cómo se mide
el peso de un cuerpo?
Con un
dinamómetro (resorte graduado del cual se cuelga el cuerpo que se quiere
pesar), o se cuantifica mediante la ecuación recién indicada.
El kilogramo fuerza
(unidad de fuerza en el Sistema Técnico) representa el peso de una masa de 1 kg
(unidad de masa del Sistema Internacional) en la superficie terrestre. Esta
circunstancia ha dado lugar a cierto desconcierto que parte de la confusión
inicial entre los conceptos de peso y masa. Recordar que: 1 Kgf = 9,81 N.
Responder
antes de continuar ¿dónde tiene mayor peso un cuerpo, en la Tierra o en la
Luna?; ¿un cuerpo que en la Tierra tiene un peso de 8 Kgf, qué masa tiene en la
Luna? y ¿la relación entre peso y masa deriva de la Ley de Gravitación
Universal?
Ejemplo: ¿Un misil en movimiento posee fuerza?
No, una fuerza no es algo que tenga un objeto, pero es parte de una interacción
entre dos objetos. En cambio la masa es una característica del cuerpo.
Un
misil fue puesto en movimiento por una fuerza, y tiene la capacidad de ejercer
una fuerza sobre otro objeto si interacciona con él, pero no posee fuerza en sí
mismo (Adaptado de Hewitt, 2007:76).
Tensión
En nuestros análisis vamos a considerar cuerpos (no
deformables, no elásticos) que transmiten el movimiento (o la fuerza), como una
soga, cadena o cable del que cuelga algún objeto; una lanza (barra metálica rígida)
entre un camión y su acoplado, etc.
Fuerzas externas
Fuerzas que realizan otros cuerpos o sistemas sobre el
cuerpo o sistema analizado.
Unidades de fuerza
En el Sistema Internacional
(SI) la unidad de fuerza es derivada de otras magnitudes fundamentales,
mientras que en el Sistema Técnico (ST) la unidad de fuerza es una unidad
fundamental.
Responder
antes de continuar ¿por qué decimos que la unidad de fuerza es una unidad
derivada?
Como ya dijimos en [A001]
muchas de las magnitudes medibles están relacionadas entre sí por leyes
físicas, y por ello las unidades de algunas magnitudes pueden ser expresadas
como fórmulas donde intervienen otras unidades (ej. la velocidad se mide en
distancia dividida por tiempo), o como en el caso del “Peso de los cuerpos” que
vimos recién, donde la unidad de peso será el producto de la unidad de masa por
la unidad de aceleración:
[Peso] = [masa] . [aceleración] → [Kg.m/seg2]
= [Kg] . [m/seg2]
En Física cuando algunas unidades son más importantes que el
resto, o tienen mucha frecuencia de uso, reciben un nombre particular, como en
este caso que a la unidad derivada Kg.m/seg2 se la llama “newton” (en minúscula porque es una
unidad, no un apellido, aunque el símbolo de la unidad sea N). Aún a través de
otras fórmulas, como en los casos de fuerzas elásticas o fuerzas de rozamiento,
también llegaremos a la misma unidad (newton). Resumiendo:
SI: Unidad de fuerza →
newton → N = Kg.m/seg2
ST: Unidad de fuerza → Kilogramofuerza → Kgf
En el Sistema Técnico, al ser
la fuerza una unidad fundamental, la masa será una unidad derivada, se define
como “unidad técnica de masa” (utm) y representa la masa de un cuerpo que
adquiere la aceleración de 1 m/seg² cuando se le aplica una fuerza de un
kilogramofuerza (esto también está relacionado con la 2° Ley de Newton que
veremos luego).
Nota 1: la fuerza
Normal se tratará específicamente en
[A305] y la fuerza Rozamiento en
[A340], [A341] y [A342].
Nota 2: el
presente artículo es solo una introducción a los fines de poder resolver algunos ejercicios, para completar el tema Fuerza habría que realizar distintas clasificaciones identificando para cada tipo de fuerza su correspondiente expresión de
cálculo, como por ejemplo la fuerza elástica, etc.
Nota 3: los
enlaces faltantes se irán habilitando a medida que se generen los artículos.
Leer también:
Fuentes:
Bauer; Westfall (2011).
Física para ingeniería y ciencias Vol. 1.
Giancoli (2006).
Física Vol. 1. Ed. 6°.
Hewit (2007). Física
conceptual. Ed. 10°.
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