Principios Fundamentales de la Física: Fuerza, Movimiento y Gravitación Universal

Fuerza y sus Efectos

Se llama fuerza a toda causa capaz de modificar la velocidad de un cuerpo o de producir una deformación en él. La acción de una fuerza puede tener dos consecuencias principales:

• El efecto estático: consiste en la deformación de los cuerpos.

• El efecto dinámico: consiste en la modificación de su velocidad.

Propiedades de los Sólidos

Los sólidos se caracterizan por su resistencia a los cambios de volumen. Existen dos tipos principales de sólidos:

Tipos de Sólidos

• Los sólidos deformables: cambian de forma al aplicarles una fuerza.

• Los sólidos rígidos: no cambian prácticamente de forma al aplicarles una fuerza.

Comportamiento de Sólidos Deformables

Al dejar de aplicar una fuerza sobre un sólido deformable, pueden ocurrir dos situaciones:

• Que el cuerpo recupere su forma y volumen iniciales (cuerpo elástico).

• Que el cuerpo no recupere su forma y volumen iniciales (cuerpo plástico).

Ley de Hooke

La Ley de Hooke establece que la fuerza F aplicada sobre un muelle, necesaria para estirarlo o comprimirlo, es directamente proporcional al alargamiento o compresión producido. Matemáticamente, se expresa como F = k · Δl, donde:

• k es una constante de proporcionalidad, llamada constante recuperadora del muelle.

• Δl es el alargamiento o compresión (l - l₀), siendo l₀ la longitud inicial del muelle y l la longitud final del muelle.

Sistemas de Fuerzas y Equilibrio

Definición de Sistema de Fuerzas

Un sistema de fuerzas es un conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo. A cada fuerza individual dentro de este conjunto se le llama componente del sistema.

Equilibrio de un Punto Material

Un punto material está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o cuando se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme.

Leyes de Newton del Movimiento

Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia)

Cuando sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o la fuerza neta es nula, entonces el cuerpo mantendrá su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme en el que se encuentre.

Segunda Ley de Newton (Ley Fundamental de la Dinámica)

La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, su masa y la aceleración producida por la acción de dicha fuerza sobre el cuerpo están relacionadas mediante la expresión F = ma.

Tercera Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción)

Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este le responde con otra fuerza igual en módulo y dirección, pero de sentido contrario.

Características de las Fuerzas de Acción y Reacción

• Las fuerzas de acción y reacción son simultáneas y constituyen dos aspectos parciales de un mismo fenómeno: la interacción. Una de ellas no es causa o efecto de la otra.

• Aunque las fuerzas de acción y reacción son siempre iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario, no se anulan porque actúan sobre cuerpos diferentes y sus efectos dependen de las masas de los cuerpos sobre los que estén actuando.

Ley de Gravitación Universal

Fuerza de la Gravedad

Los cuerpos, por el hecho de tener masa, se atraen mutuamente. La fuerza F con la que se atraen dos cuerpos de masas m₁ y m₂, llamada fuerza de la gravedad, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa. La expresión matemática es F = G · (m₁ · m₂) / r².

La constante de proporcionalidad G (constante de gravitación universal) tiene un valor aproximado de 6.67 × 10^-11 N·m²/kg².