Conceptos Esenciales de la Física: Fuerza, Leyes de Newton y Deformaciones en Colisiones

Conceptos Fundamentales de la Física

Definición de Fuerza

La fuerza es toda acción o causa que modifica el estado de reposo o movimiento de los cuerpos, o que produce una deformación en ellos.

Leyes de Newton del Movimiento

Las leyes de Newton son principios fundamentales que describen el movimiento de los objetos y las fuerzas que actúan sobre ellos.

Primera Ley de Newton: Principio de Inercia

Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si las fuerzas aplicadas sobre él se equilibran mutuamente, o bien si no existe ninguna fuerza neta aplicada sobre él.

Segunda Ley de Newton: Principio de Aceleración

La aceleración que experimenta un cuerpo es proporcional a la fuerza que la produce.

Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción

Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo (acción), este reacciona con otra fuerza igual en magnitud y dirección a la primera, pero de sentido opuesto (reacción).

Componentes de una Fuerza

Para describir completamente una fuerza, se consideran las siguientes características:

• Intensidad o Módulo: Es el valor numérico de la fuerza, expresado en unidades como Newtons (N).
• Punto de Aplicación: Es el punto específico donde se aplica la fuerza sobre el cuerpo.
• Dirección: Es la línea recta a lo largo de la cual se ejerce la fuerza.
• Sentido: Es la orientación específica hacia la que se dirige la fuerza dentro de su línea de dirección. En toda línea recta, existen dos sentidos posibles, uno hacia cada extremo.

Tipos de Deformaciones en Colisiones

Las colisiones pueden provocar diversas deformaciones en los vehículos, dependiendo del tipo y la dirección del impacto:

• Colisión Frontal: La fuerza de empuje del propio vehículo hace que se comience a deformar el travesaño delantero, las aletas, el capó y los largueros. A la vez, se inicia el levantamiento de la zona que soporta la suspensión y la sección trasera se desplaza hacia adelante, haciendo que se deforme un poco el techo y el travesaño estructural.
• Deformación Trasera: Se deforman el faldón y el travesaño trasero. También se deforman las aletas, el maletero y los travesaños que se inclinarán hacia abajo, desplazándose sobre la suspensión y el suelo del maletero, que comienza a romperse.
• Colisión Lateral: El vehículo comienza a deformarse en las puertas y el pilar central debido a la fuerza externa. El lateral del vehículo sigue deformándose a medida que la fuerza exterior lo empuja.
• Colisión con Vuelco: Cuando el coche comienza a rodar, el techo golpea el suelo en una de las esquinas del parabrisas. Esto incluye la esquina del techo, el parabrisas, la junta de la viga y la parte central de la carrocería.

Fórmulas Fundamentales

A continuación, se presentan algunas expresiones matemáticas relacionadas con la composición de fuerzas:

Para la resultante de fuerzas colineales (suma simple):

R = F1 + F2 = 1 + 6 = Resultado de la suma (N)

Para la descomposición de fuerzas en componentes rectangulares (ejemplos):

Fx = F1 * cos(60°) = ...
Fx = F2 * cos(0°) = ...
Fy = similar a Fx, pero con componentes en Y.
Luego, sumar los resultados de cada componente (ΣFx y ΣFy).

Para calcular la magnitud de la fuerza resultante (F) a partir de sus componentes rectangulares (Fx y Fy), y el ángulo (θ) de la resultante:

F = √(Fx² + Fy²)
tan(θ) = Fy / Fx

Nota: Primero se suman las componentes en X (ΣFx) y en Y (ΣFy) para obtener Fx y Fy totales.