Conceptos Fundamentales de la Fuerza y la Ley de Hooke en Física
¿Qué es la Fuerza?
La fuerza es toda causa capaz de provocar una deformación o un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo.
La fuerza es una magnitud vectorial. Para definirla, además del módulo (la intensidad), hay que indicar su dirección, sentido y punto de aplicación. En el Sistema Internacional (SI), la fuerza se mide en newtons (N).
Efectos de las Fuerzas y Clasificación de los Cuerpos
Uno de los efectos de las fuerzas (el efecto estático) es provocar deformaciones en los cuerpos. Según su comportamiento ante estas fuerzas, los clasificamos en:
- Rígidos: No se deforman por la acción de una fuerza.
- Elásticos: Se deforman por la acción de una fuerza, pero recuperan su forma original cuando esta desaparece.
- Plásticos: Se deforman por la acción de una fuerza y no recuperan su forma original, quedando deformados permanentemente.
Límites de deformación y rotura
El comportamiento de un cuerpo depende de su material y de la magnitud de la fuerza aplicada:
- Si la fuerza aplicada a un cuerpo elástico es excesiva, puede no recuperar su forma original; se dice que se ha superado el límite de elasticidad.
- Si la fuerza aplicada a un cuerpo rígido es muy grande, puede romperse; se dice que se ha superado el límite de rotura.
La Ley de Hooke
La ley de Hooke establece que, al aplicar una fuerza a un muelle, se provoca una deformación directamente proporcional al valor de dicha fuerza.
La constante de proporcionalidad
se denomina constante de elasticidad y es característica de cada muelle. En el SI,
se mide en N/m.
Una vez conocida la constante de elasticidad, podemos utilizar el muelle para determinar el valor de una fuerza aplicada (por ejemplo, el peso de un cuerpo). Para ello, basta con ejercer la fuerza (colgar el cuerpo) y medir cuánto se ha estirado el muelle; a este proceso lo llamamos calibración.
Sistemas de Fuerzas
- Fuerza resultante
es aquella que produce el mismo efecto que varias fuerzas actuando simultáneamente.
- Fuerzas concurrentes: Son aquellas cuyas direcciones se cortan en un punto común.
- Suma de fuerzas con la misma dirección y sentido: La resultante es una fuerza con la misma dirección y sentido, cuyo módulo es la suma de los módulos.
- Suma de fuerzas con la misma dirección y sentidos opuestos: La resultante es una fuerza con la misma dirección y el sentido de la fuerza mayor; su módulo es la diferencia de los módulos.