Les Forces en Física: Conceptes Bàsics i Aplicacions
Clasificado en Física
Escrito el en 
catalán con un tamaño de 7,81 KB
Què són les forces?
Les forces són les causes dels canvis de velocitat i de direcció dels objectes, com també dels canvis en la seva forma.
La unitat de força en el Sistema Internacional (SI) és el newton (N). Un newton (N) equival aproximadament a la força que exerceix una massa de 100 grams.
La deformació dels objectes depèn de la força aplicada.
Característiques d'una força (Vectors)
Per expressar les característiques d'una força indiquem:
- El seu valor (també anomenat mòdul o intensitat).
- La seva direcció, que és la de la trajectòria de l'objecte sobre el qual actua.
- El seu sentit (si actua cap a la dreta o cap a l'esquerra, cap amunt o cap avall...).
- El seu punt d'aplicació (punt en el qual s'aplica la força).
Fem servir fletxes (vectors) per representar les forces.
La Llei de Hooke i l'Elasticitat
Llei de Hooke: Les forces són directament proporcionals a les deformacions que produeixen en un cos elàstic.
La constant k, anomenada constant d'elasticitat, depèn del material de què està feta la molla. Si cal molta força per deformar-la, k tindrà un valor gran, i a l'inrevés. La unitat del SI en què es mesura k és N/m.
Mesura de forces: El dinamòmetre
La proporcionalitat directa entre força i deformació ens permet fabricar aparells per mesurar forces: els dinamòmetres.
Combinació de Forces (Força Resultant)
Sovint, sobre un cos actua més d'una força. La suma vectorial de totes les forces s'anomena força resultant (R).
Forces paral·leles i del mateix sentit
La resultant (R) té com a valor la suma dels valors de les forces. Exemple: 6 N + 8 N = 14 N.
Forces paral·leles i de sentits oposats
La resultant té com a valor la diferència dels valors d'aquestes forces i el sentit de la força més gran. Exemple: 8 N – 6 N = 2 N.
Forces perpendiculars
La resultant té com a valor el que resulta d'aplicar el teorema de Pitàgores. Exemple:
Resultant = 10 N. La seva direcció és la diagonal del paral·lelogram que formen i el seu sentit és el de la fletxa resultant.
Pes, Massa i Gravetat
El pes (p) d'un cos de massa (m) és igual al producte d'aquesta massa per una magnitud que anomenem gravetat (g). A la superfície de la Terra, g té un valor aproximat de 9,8 m/s². És a dir: p = m · g.
La massa d'un cos és la quantitat invariable de matèria que té, i es mesura en quilograms (kg). El pes, en canvi, és la força amb què la Terra (o un altre astre) atreu el cos, i es mesura en newtons (N).
A la Lluna, la gravetat és menor, per la qual cosa el pes d'un objecte és significativament menor que a la Terra, encara que la seva massa sigui la mateixa.
Tipus de Forces Comunes
- La força motriu (Fm) és la que fa que un objecte es mogui o intenti moure's.
- En intentar posar en moviment un objecte sobre una superfície, les rugositats de les superfícies en contacte exerceixen una força oposada al moviment que anomenem fricció o força de fregament.
- La força que exerceixen les superfícies horitzontals sobre els objectes per evitar que caiguin s'anomena força normal (N). Sempre és perpendicular a la superfície (vertical i cap amunt en superfícies horitzontals). El valor de la normal en aquest tipus de superfícies és igual al del pes dels objectes situats a sobre.
- Els objectes subjectats per mitjà de cables o cordes estan sotmesos a forces que anomenem tensions (T).
Equilibri de Forces
En tots els casos en què un objecte es trobi en equilibri (en repòs o movent-se a velocitat constant), es compleix que la suma vectorial (la força resultant) de totes les forces que actuen sobre aquest objecte és zero.
Pressió: Força sobre una Superfície
L'efecte d'una força aplicada no depèn només del seu valor, sinó també de la mida de la superfície sobre la qual s'exerceix.
La pressió (P) és el quocient entre la força perpendicular aplicada (F) i la superfície (S) sobre la qual s'aplica: P = F / S.
La unitat del Sistema Internacional en què es mesura la pressió és el newton per metre quadrat (N/m²), que rep el nom de pascal (Pa).
Forces en Fluids: Empenyiment (Principi d'Arquimedes)
Quan un cos se submergeix en un fluid (líquid o gas), experimenta una força vertical cap amunt anomenada empenyiment (E). Anomenem pes aparent (pap) la força total resultant sobre l'objecte submergit: pap = p – E.
Segons la relació entre el pes (p) i l'empenyiment (E):
- Si el pes és més gran que l'empenyiment (p > E): l'objecte s'enfonsa.
- Si el pes és igual a l'empenyiment (p = E): l'objecte es queda en equilibri (surant entre aigües).
- Si el pes és menor que l'empenyiment (p < E): l'objecte sura a la superfície.
Treball Mecànic
El treball (W) realitzat per una força constant (F), que actua en la direcció del desplaçament i trasllada un objecte a una distància (d), és: W = F · d.
La unitat de treball en el SI és el joule (J). 1 J és el treball que efectua una força d'1 N quan desplaça un objecte 1 m en la direcció de la força: 1 J = 1 N · 1 m. (Això equival aproximadament al treball necessari per aixecar una massa de 100 grams a una alçada d'1 metre).