Las fuerzas que actúan sobre los objetos en reposo o movimiento
¿Qué son las fuerzas?
Las fuerzas son el resultado de la interacción de dos cuerpos.
Efectos de las fuerzas
Pueden producir tres efectos:
1.- Deformación. (Imagen 1)
2.- Variación del valor de la velocidad
3.- Variación en el cambio de dirección de la velocidad en un movimiento circular uniforme.
4.- Variación en el cambio de sentido de la velocidad
La fuerza es toda causa capaz de producir una deformación o un cambio en el movimiento de un cuerpo.
Las fuerzas pueden actuar por contacto o a distancia como la que ejerce la tierra sobre los cuerpos.
Las fuerzas en nuestro entorno
Las fuerzas son el resultado de la interacción entre dos cuerpos. Como vivimos rodeados de cuerpos existen fuerzas entre ellos aunque a veces no las apreciemos.
Fuerzas Gravitatorias
Isaac Newton (1643-1727) descubrió que dos cuerpos cualesquiera, por el simple hecho de tener masa, se atraen mutuamente entre ellos. Estas fuerzas son de atracción (nunca son de repulsión).
Fuerzas eléctricas
Son las fuerzas que se manifiestan entre dos cuerpos con carga eléctrica. En el interior del átomo hay cargas positivas, los protones, y negativas, los electrones. Si un átomo gana o pierde electrones se convierte en un ion negativo (gana electrones) o positivo (pierde
electrones). Las fuerzas eléctricas entre cargas de igual signo son repulsivas y entre cargas de distinto signo son atractivas.
Fuerzas nucleares
Son las fuerzas que hay en el núcleo del átomo; sabemos que en su interior hay protones y neutrones; las fuerzas entre estas partículas son las responsables de su unión, fuerzas de fusión, o desintegración radiactiva, fuerzas de fisión
El peso
Es la fuerza que ejerce la Tierra sobre cada uno de los cuerpos que hay en ella.
Su módulo se calcula: P=m.g; La unidad es el Newton (N); m= masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad, en la Tierra=9,8m/s2. Su dirección es hacía el centro de la tierra.
La fuerza normal
Todos los objetos apoyados sobre una superficie interaccionan mutuamente. Esta fuerza se llama fuerza normal. La dirección es perpendicular a la superficie sobre la que se apoya el cuerpo.
Cuando la superficie sobre la que se apoya el cuerpo es horizontal y el cuerpo está en reposo, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas la fuerza N debida a la superficie sobre el cuerpo (rojo) y el peso P (negro) que es la fuerza que ejerce la Tierra sobre él. Solo en este caso N=P; N=mg
Fuerza de rozamiento o fuerza de fricción
La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso).
La dirección de la fuerza de rozamiento es la misma que la del movimiento, pero de sentido contrario; es decir siempre se opone al movimiento.
Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento entre los dos cuerpos que están en contacto. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. Si ponemos entre el suelo y el armario una superficie más pulida, con la misma
fuerza aplicada podemos mover el armario. Hemos disminuido la fuerza de rozamiento al interponer una superficie menos rugosa.
La fuerza de rozamiento es menor una vez vencido el rozamiento inicial, cuando el cuerpo ya se mueve.
La tensión
Cuando un cuerpo está sujeto con una cuerda, la fuerza que realiza la cuerda sobre el cuerpo se llama tensión T. En este caso la tensión es igual al peso.
Las fuerzas como causas del movimiento
En el siglo IV A., el filósofo griego Aristóteles reflexionó sobre el movimiento y llegó a estas conclusiones:
El estado natural de todo cuerpo es el reposo.
1. Todo cuerpo que se mueve es movido por otro cuerpo.
En el siglo XVII Galileo Galilei contrastó la experiencia de Aristóteles con una experiencia como esta
Si la bola desciende por el plano va aumentando su velocidad. Si la bola asciende por el plano va disminuyendo su velocidad. Como consecuencia si la bola se mueve por la parte horizontal la velocidad debe permanecer constante. Nuestra experiencia nos demuestra que la bola acaba parándose debido a la fuerza de rozamiento. Isaac Newton completó el estudio de Galileo y lo expresó en los Principios de la Mecanica.
Primer principio de la Mecánica: Principio de inercia
“Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o la suma de fuerzas que actúan sobre él es cero, el cuerpo mantiene su estado de movimiento, así que o permanece parado (si estaba parado) o se mueve en línea recta y velocidad constante (MRU) (si antes estaba ya en movimiento)”.
La tendencia que tienen los cuerpos a mantener este estado de reposo o de MRU se llama Inercia
En la imagen vemos que cuando la bicicleta frena el niño sale disparado hacia adelante oponiéndose al frenazo para continuar el movimiento.
Tú mismo habrás experimentado que cuando vas en un coche y acelera rápidamente, tú te vas hacia atrás para impedir el cambio de velocidad. Por el contrario si frena de repente, tú te vas hacia adelante para evitar el cambio de velocidad.
Segundo principio de la Mecánica: Principio fundamental de la dinámica
“Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza le comunica una aceleración de la misma dirección y sentido que la fuerza (F)”
F=m*a; m= masa del cuerpo; a=aceleración
Si actúa más de una fuerza, se calcula la resultante: FR=m*a
La unidad de fuerza es el newton (N).
Si la FR =0, la aceleración es cero lo que implica según el primer principio de la dinámica que el cuerpo estará en reposo o su movimiento será rectilíneo y uniforme.
Tercer principio de la dinámica: principio de acción y reacción
Las fuerzas es una interacción entre dos cuerpos.
Seguro que habrás experimentado que, si empujas con las manos una pared, la pared ejerce sobre ti una fuerza que notarás si estás sobre unos patines, porque te moverás hacia atrás.
“Cuando un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza llamada acción, el segundo responde con una fuerza igual y de sentido contrario, llamada reacción”.
Aunque son dos fuerzas iguales y de sentido contrario no se anulan porque están aplicadas sobre cuerpos distintos.
El peso P y la normal N son dos fuerzas de acción y reacción.
