Fuerza

Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración. La aceleración que experimenta un cuerpo es, por definición, proporcional a la suma de las fuerzas (o fuerza neta) que actúan sobre él. La constante de proporcionalidad entre la fuerza neta y la aceleración se denomina masa inercial del cuerpo. Estas dos afirmaciones se resumen en la Ley Fundamental de la Dinámica o Segunda Ley de Newton:

\vec F=m \vec a \,

donde $\vec F$ representa las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, $m \,$ su masa y $\vec a$ su aceleración.

Las fuerzas, al igual que las aceleraciones, son magnitudes vectoriales, y se representan matemáticamente mediante vectores. La suma en la Segunda Ley de Newton es, por tanto, una suma vectorial.

Puesto que las fuerzas solamente modifican el estado de movimiento o reposo de un cuerpo, para que un cuerpo permanezca en movimiento uniforme, o reposo, es necesario que no actúe sobre él ninguna fuerza neta. Las fuerzas netas sólo son necesarias para poner en movimiento un cuerpo que está inmóvil o para alterar la velocidad de uno que está en movimiento. Un cuerpo en movimiento sobre el que no actúa ninguna fuerza neta seguirá moviéndose en línea recta y a velocidad constante indefinidamente. Este hecho fue recogido por primera vez por Isaac Newton, en la llamada Ley de la Inercia o Primera Ley de Newton.

Importancia de la Primera Ley de Newton

La observación de que para mantener un cuerpo en movimiento uniforme no es necesario ejercer ninguna acción sobre él era radicalmente contraria a la visión clásica, defendida por Aristóteles, que postulaba que un cuerpo sobre el que no se ejercía ninguna influencia siempre terminaba por detenerse. El cambio conceptual recogido en la Ley de la Inercia y el concepto de fuerza constituyó el punto de partida del desarrollo de la dinámica, moderna y, con ella, de la Física actual.

El enunciado riguroso de la Ley Fundamental de la Dinámica (que constituye la definición operacional de fuerza) hace referencia al concepto de momento lineal o cantidad de movimiento. Usando el concepto de momento lineal, la definición matemática de fuerza es:

\vec F = \frac {d \vec p}{dt} \,

donde $\vec p$ es la cantidad de movimiento.

Fuerzas Fundamentales

Se llaman Fuerzas Fundamentales a cada una de las interacciones que puede sufrir la materia y que no pueden descomponerse en interacciones más básicas. En la física moderna se consideran cuatro campos de fuerzas como origen de todas las interacciones fundamentales:

Interacción electromagnética: actúa sobre todas las partículas con carga eléctrica.
Interacción nuclear débil: Transmitida por los bosones.
Interacción nuclear fuerte: Transmitida por los gluones.
Interacción gravitatoria o Gravitación: Transmitida por el gravitón (partícula aún no descubierta).

= La Fuerza de Jalamiento Horizontal en Superficies Horizontales= A continuación veremos un caso en el cuál se aplican dos de las tres leyes de Newton.La Fuerza de Jalamiento Horizontal en Superficies Horizontales se caracteriza por ser un caso de aplicación de fuerzas en donde la fuerza de jalamiento se calcula mediante la aplicación directa de la Segunda Ley de Newton, la Tercera Ley de Newton y otros factores importantes a considerar.

La Fuerza de Jalamiento Horizontal en Superficies Horizontales (FJHSH) como su nombre lo indica es la fuerza horizontal con que se jala un objeto que se encuentra en una superficie horizontal. La fuerza con que se jala dicho objeto puede ser calculada por un método sencillo. Sólo basta recordar la Segunda Ley de Newton así como la fórmula para calcular la Fricción Cinética. Por un lado tenemos que tomar en cuenta que la Segunda Ley de Newton enuncia en términos prácticos que la fuerza resultante de un cuerpo es igual a su masa inercial por su aceleración. F (total) = ma ΣF = ma Por otro lado debemos saber que la Fricción Cinética de un cuerpo es la fricción que hay entre dos cuerpos, donde uno o ambos cuerpos se encuentra en movimiento y se deslizan uno sobre otro.En pocas palabras la Fricción Cinética es la fuerza de rozamiento entre un cuerpo deslizante y otro sobre el cual se desliza. Es importante saber esto para no confundirlo con la Fricción Estática que es la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos estáticos. La fórmula de la Fricción Cinética es la siguiente. fk =μN donde fk es la fricción cinética μ es el coeficiente de fricción y N es la fuerza normal Seguro te estarás haciendo dos preguntas ¿Qué es la fuerza normal? y ¿Qué es el coeficiente de fricción? La Tercera Ley de Newton dice que toda fuerza de acción tiene una fuerza de reacción con la misma magnitud pero con dirección opuesta. Por lo tanto si consideramos al peso como una fuerza, debe de haber una fuerza de reacción para este. En resumen si hay una fuerza con la que un objeto empuja hacia abajo debe de haber una fuerza hacia arriba y esta se llama fuerza normal. La fuerza normal se define como la fuerza de reacción al peso ó como la fuerza que ejerce una superficie sobre un objeto. La definición anterior es muy obvia puesto que si un objeto colocado sobre una superficie ejerce una fuerza sobre la misma; la superficie también debe ejercer una fuerza de reacción sobre el objeto.La fuerza normal de una superficie plana sobre un objeto que es jalado con una fuerza horizontal siempre será de igual magnitud al peso pero con dirección opuesta.Por ejemplo si se tira de una caja sobre el suelo con una fuerza horizontal y el peso es de -8 newtons entonces la normal será de 8 newtons. Como podemos observar en el ejemplo anterior la normal fue de igual magnitud pero con signo diferente . Esto se debe a que el peso jala hacia abajo y por lo tanto tiene signo negativo mientras que la normal jala hacia arriba y por lo tanto tiene signo positivo. La fuerza normal y el peso tienen direcciones opuestas. Si la fórmula del peso es w = -mg entonces la fórmula de la fuerza normal es igual pero sin el signo negativo w = mg donde m es la masa del objeto sobre la superficie y g es la gravedad que tiene como valor constante 9.8 m/segundos cuadrados(m/s²) Ahora que ya conocemos lo que es la fuerza normal (contestamos la primera pregunta), debemos sustituir la fórmula de la fuerza normal en la fórmula de la Fricción Cinética. Se muestra a continuación el procedimiento. Si fk =μN y N = mg entonces fk = μmg Recuerda que la última fórmula de arriba es para la Fricción Cinética sólo si la fuerza de jalamiento es horizontal y la superficie también es horizontal. Ahora contestemos nuestra segunda pregunta. Para calcular la fricción no sólo se necesita la normal sino también un coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción se denota μ y es el valor constante de fricción entre una superficie y un objeto sobre ella; que multiplicado por la normal que ejerce la superficie sobre el objeto da como resultado la Fricción Cinética. El coeficiente de fricción a comparación de la fuerza normal no tiene una fórmula para ser calculado prácticamente sin embargo por lo general este dato lo dará la redacción del problema. En pocas palabras el problema da el valor del coeficiente de fricción así que os no preocupeis.Por ejemplo el coeficente de fricción entre una lamina y una pelota de hule es de 0.25 Si el problema no te da el coeficiente de fricción lo puedes investigar hay muchísimas cantidades de tablas que mencionan los coeficientes de fricción entre diferentes parejas de objetos.

Ahora que ya conocemos la fórmula de Fricción Cinética así como la fórmula de la Segunda Ley de Newton podremos encontrar cual es la fórmula para calcular la Fuerza de Jalamiento Horizontal en Superficies Horizontales. Para esto debemos RECONOCER lo siguiente: 1. Que si bien es cierto que la F(total)= ma, también es cierto que F(total)= F(jalamiento)- fk ¿Por que F(total)= F(jalamiento)-fk ? Por que la fuerza que actúa sobre un objeto no es exactamente con la que estas jalando, faltaría restarle la fuerza de resistencia ,en pocas palabras la fuerza de fricción. Mientras tu jalas hacia delante un objeto la fuerza de fricción siendo una fuerza de resistencia empuja hacia atrás. La fuerza total es igual a la fuerza de jalamiento restándole la Fricción Cinética. Por ejemplo si jalas una caja de manera horizontal sobre una superficie horizontal con una fuerza de 8 newtons y la Fricción Cinética es de 2 newtons, la verdadera fuerza que actúa sobre la caja es de 6 newtons. 2. Que podemos igualar las dos fórmulas de fuerza total por lo que si F(total)= ma y F(total)= F(jalamiento) - fk entonces, F(jalamiento) - fk = ma 3. Que podemos despejar la fórmula de arriba. Despejemos "F(jalamiento)" ya que es lo que queremos calcular. Recuerda que queremos calcular la Fuerza de Jalamiento Horizontal en una Superficie Horizontal. Entonces F(jalamiento)= ma + fk 4. Que podemos sustituir "fk" por la última fórmula que establecimos para esta. Si fk=μmg y F(jalamiento)= ma + fk, entonces, F(jalamiento)= ma + μmg 5. Que podemos factorizar "m" (masa) de "ma" y de "μmg" por lo que F(jalamiento)= m (a+μg) Esta última fórmula es la fórmula para calcular la fuerza de jalamiento horizontal de un objeto sobre una superificie horizontal. El problema siempre te dará la masa (m), la aceleración (a) y el coeficiente de fricción (Mk). Recuerda que la aceleración de la gravedad (g) es igual a 9.8 m/segundos cuadrados. Teniendo estos valores ya sólo los tienes que sustituir en la última fórmula y listo. Tienes la FJHSH.

ADVERTENCIA: CUANDO NOS REFERIMOS A FUERZA HORIZONTAL NOS REFERIMOS A QUE LA FUERZA TOTAL APLICADA POR JALAMIENTO AL OBJETO ES EN UN ÁNGULO DE 0°.

Unidades de fuerza

Definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración, magnitudes en las que intervienen masa, longitud y tiempo, hace que sea una magnitud derivada. Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, expresado en el concepto de Fuerzas Fundamentales, y se ve reflejado en el Sistema Internacional de Unidades.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Newton

Sistema inglés

una libra fuerza es

Sistema técnico de unidades

Kilogramo fuerza o Kilopondio (Kg_f)
Gramo fuerza (g_f)

Sistema sexagesimal

Dina

Véase también

Enlaces externos

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