Fuerzas y Leyes de Newton: Fundamentos de la Dinámica en Física

Conceptos Fundamentales de la Fuerza

La fuerza es la capacidad de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de producir una deformación en él.

Tipos de Cuerpos según su Deformación

• Rígidos: No se deforman cuando actúa una fuerza sobre ellos.
• Elásticos: Se deforman, pero al dejar de aplicar la fuerza, vuelven a su forma inicial.
• Plásticos: Se deforman y no recuperan su forma inicial; quedan deformados permanentemente.

Características y Representación de las Fuerzas

Las fuerzas se presentan con las siguientes características:

• Punto de aplicación: Lugar donde se aplica la fuerza.
• Valor numérico (Módulo): Cantidad de la fuerza.
• Dirección: Orientación de la fuerza (vertical u horizontal, eje X o eje Y).
• Sentido: Indica hacia dónde apunta la fuerza (derecha o izquierda, arriba o abajo).

Composición de Fuerzas

• Misma dirección y mismo sentido: Las fuerzas se suman (+).
• Misma dirección y sentidos opuestos: Las fuerzas se restan (-).
• Direcciones perpendiculares: Se utiliza el Teorema de Pitágoras para calcular la fuerza resultante.

Leyes de Newton del Movimiento

Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia

Todo cuerpo permanece en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme si sobre él no actúa ninguna fuerza neta. A esta propiedad de los cuerpos la llamamos inercia.

• Si sobre un cuerpo en reposo no actúa ninguna fuerza, el cuerpo continúa en estado de reposo.
• Si sobre un cuerpo en movimiento no actúa ninguna fuerza, el cuerpo se moverá con movimiento rectilíneo y uniforme.

Segunda Ley de Newton

La fuerza que actúa sobre un cuerpo y la aceleración que le produce son directamente proporcionales, y la masa es la constante de proporcionalidad. Su fórmula es: F = m * a.

Tercera Ley de Newton o Ley de Acción y Reacción

Cuando dos cuerpos interaccionan, las fuerzas que ejerce cada cuerpo sobre el otro tienen idéntico módulo y dirección, pero sentidos opuestos. A una de estas dos fuerzas la llamamos acción y a la otra reacción.

Diferencias entre Masa y Peso

Tipos Específicos de Fuerzas

Fuerza Normal

Es aquella fuerza que surge cuando un cuerpo está apoyado sobre otro. Es la fuerza que el cuerpo que actúa de apoyo provoca en el cuerpo apoyado. La dirección de dicha fuerza siempre es perpendicular a la superficie de apoyo.

Fuerza de Rozamiento

Aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos cuando uno de ellos se mueve o trata de moverse sobre el otro.

• Su dirección es paralela a las superficies que están en contacto.
• Su sentido es opuesto al del movimiento.
• Su punto de aplicación se sitúa en el centro de gravedad del cuerpo.

La fuerza de rozamiento es siempre una fuerza de frenado. Para que el bloque inicie su movimiento, la fuerza aplicada debe ser igual o superior a la fuerza de rozamiento.

Factores que Influyen en la Fuerza de Rozamiento

• Tamaño de la superficie de contacto: La fuerza de rozamiento es independiente del área de las superficies de contacto.
• Peso de los objetos: La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal (N).
• Materiales de contacto: La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de las superficies.

Efectos de la Fuerza de Rozamiento

• Negativos:
  • Origina el desgaste de cartílagos, dientes y huesos.
  • Provoca la erosión en rocas y piedras.
  • Produce sobrecalentamiento y desgaste de piezas en las máquinas.
• Positivos:
  • Permite el movimiento de las personas y los animales.
  • Permite encender las cerillas y los mecheros.
  • Permite escribir con un lápiz de grafito sobre papel.