Conceptos Fundamentales de Física: Fuerzas, Movimiento y Deformaciones

Conceptos Fundamentales de Física: Fuerzas, Movimiento y Deformaciones

Este documento explora los principios esenciales de las fuerzas, sus efectos en el movimiento y las deformaciones de los cuerpos, así como algunas fuerzas cotidianas clave.

1. La Fuerza

Definición: Una fuerza es toda acción o causa que tiene como efecto cambios en el estado de movimiento de un cuerpo (efecto dinámico) o su deformación (efecto estático).

Características de la Fuerza

• Los cuerpos no "tienen" fuerza, la ejercen.
• Es una magnitud vectorial: para quedar definida, es necesario indicar su valor, intensidad o módulo (ej. 10 N), su dirección (vertical, horizontal, etc.) y su sentido (norte, sur, derecha, etc.).
• Se mide en el Sistema Internacional (SI) en newtons (N).
• Su instrumento de medida es el dinamómetro, un muelle cuyas deformaciones están calibradas según la ley de Hooke.

Resultante (o Neta) de Fuerzas

La resultante (o neta) se obtiene al sumar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de forma simultánea. Sin embargo, las fuerzas no se pueden sumar simplemente sumando sus intensidades, ya que sus efectos dependen de la dirección y el sentido en el que se apliquen.

• Fuerzas con la misma dirección y sentido: Se suman los módulos y mantienen la misma dirección y sentido (figura A).
• Fuerzas con la misma dirección y sentidos opuestos: Mantienen la misma dirección, el sentido es el de la fuerza de mayor intensidad y la intensidad es la diferencia entre ellas (figura B).
• Fuerzas con direcciones perpendiculares: Se dibujan las fuerzas con el origen coincidente, se trazan paralelas a las fuerzas para completar el rectángulo y se traza una diagonal con origen en el punto común y extremo en el vértice opuesto (esta será la resultante), calculando su magnitud mediante el teorema de Pitágoras (figura C).

Tipos de Fuerzas

• Fuerzas de contacto: El objeto que ejerce la fuerza toca al objeto sobre el que actúa (ej. fuerzas que tiran, empujan, arrastran, rozamiento).
• Fuerzas a distancia: El objeto que ejerce la fuerza no toca al objeto sobre el que actúa (ej. fuerza gravitatoria, fuerza magnética).

Deformaciones de los Cuerpos

Los cuerpos sólidos se pueden deformar al aplicarles una fuerza. Atendiendo a su comportamiento frente a esta, se clasifican en:

• Elásticos: Se deforman por la acción de una fuerza, pero recuperan su forma original cuando esta desaparece (ej. muelle, esponja, cintas de gimnasio, goma de pelo).
• Plásticos: Se deforman por la acción de una fuerza, pero no recuperan su forma original cuando esta desaparece (quedan deformados permanentemente) (ej. resina, plastilina, taco de arcilla, mendrugo de pan).
• Rígidos: No se deforman por la acción de la fuerza (ej. moneda, ladrillo, llave, madera).

Son de especial interés las deformaciones elásticas (muelles), que se estudian mediante la ley de Hooke.

2. Fuerzas Cotidianas

Rozamiento (R)

Definición: Fuerza que se opone al movimiento. Aparece cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie, en el aire o en el agua.

• Valor: Depende de las superficies en contacto (rugosidad) y del peso del cuerpo que se desplaza.
• Características: Siempre tiene la misma dirección del movimiento, pero sentido opuesto a este.

Su existencia tiene consecuencias negativas (obliga a aplicar fuerzas mayores para mover los cuerpos) y positivas (permite un movimiento controlado de los mismos).

Peso (P)

Definición: Es la fuerza gravitatoria con la que la Tierra atrae a los cuerpos (responsable de que los cuerpos que se dejan libres acaben cayendo, así como de los movimientos de los astros).

Esta fuerza gravitatoria, con la que se atraen dos cuerpos cualesquiera del Universo, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (ley de la gravitación universal).