Sección de aprendizaje: Tipos de fuerza

2 hora clase

En el lenguaje cotidiano, fuerza es un empujón o un jalón. Una definición más adecuada es

que una fuerza es una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su entorno.

Por tal razón, siempre nos referimos a la fuerza que un cuerpo ejerce sobre un segundo

cuerpo. Cuando empujamos un automóvil atascado en la nieve, ejercemos una fuerza sobre

el auto; un cable de acero ejerce una fuerza sobre la viga que levanta en una construcción,

etc. La fuerza es una cantidad vectorial: podemos empujar un cuerpo o jalar de él en

direcciones diferentes.

Cuando una fuerza implica contacto directo entre dos cuerpos, como un empujón o un

jalón que se ejerce con la mano sobre un objeto, la llamamos fuerza de contacto.

1. Fuerza normal: es ejercida sobre un objeto por cualquier superficie con la cual

esté en contacto. El adjetivo normal significa que la fuerza siempre actúa en

dirección perpendicular a la superficie de contacto, sin importar el ángulo de esa

superficie.
 2. Fuerza de fricción: Es la fuerza ejercida sobre un objeto por una superficie actúa

paralela a la superficie, en la dirección opuesta al deslizamiento.

3. Fuerza de tensión: Es la fuerza del jalón ejercida por una cuerda o por un cordel

tenso sobre un objeto al cual se ata. Cuando usted jala de la correa de su perro, la

fuerza que tira del collar es una fuerza de tensión.

Además de las fuerzas de contacto, también hay fuerzas de largo alcance que actúan,

aunque los cuerpos estén separados por un espacio vacío.

Las fuerzas en función de sus orígenes se han clasificado en:

1. Fuerza gravitatoria: Se producen debido a las fuerzas mutuas de atracción que se

manifiestan entre dos cuerpos cualesquiera del universo, y cuya causa está en función

de la masa de los cuerpos y de la distancia existente entre ellos. A estas fuerzas se

debe que los planetas mantengan sus órbitas elípticas, el peso de los cuerpos y que

todo cuerpo suspendido caiga a la superficie al cesar la fuerza que lo sostiene.

Mientras mayor masa tenga un cuerpo, mayor será la fuerza gravitacional con la cual

atraerá a los demás cuerpos. La magnitud de la fuerza gravitacional puede ser muy

grande si se trata de cuerpos macroscópicos; sin embargo, es la más débil de todas las

fuerzas fundamentales.

2. Fuerza electromagnética: Son las fuerzas que mantiene unidos a los átomos y

moléculas de cualquier sustancia, su origen se debe a las cargas eléctricas. Cuando las

cargas eléctricas se encuentran en reposo entre ellas se ejercen fuerzas

electrostáticas, y cuando están en movimiento se producen fuerzas electromagnéticas.

Son mucho más intensas que las fuerzas gravitacionales. Además, las fuerzas

gravitacionales siempre son de atracción, mientras las fuerzas electromagnéticas

pueden ser de atracción o de repulsión.

y neutrones permanezcan unidos en el núcleo del átomo. Sin esta fuerza los núcleos no

existirían. Es la fuerza fundamental más intensa que se encuentra en la naturaleza. El

alcance de esta fuerza es limitado, ya que no actúa fuera del núcleo.

4. Fuerza nuclear débil: se caracterizan por provocar inestabilidad en determinados

núcleos atómicos. Fueron detectadas en sustancias radiactivas naturales y,

posteriormente, los científicos comprobaron que son determinantes en casi todas las

reacciones de decaimiento radiactivo. La magnitud de las fuerzas débiles es del orden

de 1025 veces más fuerte que las fuerzas gravitacionales, pero es de aproximadamente

1012 veces más débil que las fuerzas electromagnéticas.

Preguntas de lectura:

1. Explique la fuerza nuclear fuerte y débil, en qué parte de átomo se observa

cada una y cuáles son sus diferencias

2. ¿Cuál es la fuerza fundamental más débil?

3. ¿Cuál es la clasificación de las fuerzas por contacto?

4. ¿Cuál es la clasificación de las fuerzas según sus orígenes?

5. Investigue y de dos ejemplos de fuerzas electromagnéticas

Sección de aprendizaje: Leyes de Movimiento de Newton

Las fuerzas pueden actuar de tal forma que causen el movimiento o que lo eviten. Los

grandes puentes deben diseñarse de modo que el esfuerzo global de las fuerzas evite

el movimiento. Las armaduras, vigas, trabes y cables de que están formados deben

estar en equilibrio. Dicho de otro modo, las fuerzas resultantes que actúan en cualquier

punto de la estructura deben estar equilibradas. Las plataformas, montacargas,

ganchos, cables elevadores e incluso los grandes edificios han de construirse de

manera que se conozcan y se controlen y comparen los efectos de las fuerzas.

Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia

Por experiencia sabemos que un objeto estacionario permanece en reposo a menos que

una fuerza externa actúe sobre él. Una lata de aceite permanece en la mesa de trabajo

hasta que alguien la derriba. Un objeto suspendido estará colgando hasta que se suelte.

Sabemos que son necesarias las fuerzas para hacer que algo se mueva si originalmente

estaba en reposo. Resulta menos obvio que un objeto en movimiento continuará en ese

estado hasta que una fuerza exterior cambie el movimiento. Por ejemplo, una barra de

acero que se desliza por el piso de la tienda pronto quedará en reposo debido a su

interacción con el piso. Esto nos sugiere la idea de que una barra que se deslizara sobre

una superficie horizontal, totalmente carente de fricción, permanecería moviéndose

para siempre.
Tales ideas forman una parte de la primera ley de Newton del movimiento.

Primera ley de Newton. Un cuerpo permanece en estado de reposo o de

movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa no

equilibrada actúe sobre él.

Segunda Ley de Newton o Ley de la Fuerza

En virtud de que el estado de un objeto en reposo o en movimiento no será modificado

sin la acción de una fuerza de desequilibrio ahora debemos considerar qué sucede si

hay una fuerza resultante. La experiencia nos indica que cuanto más y más grandes

fuerzas resultantes se ejerzan en un objeto, más y más grande será el cambio en la

velocidad de éste. Newton demostró que hay una relación directa entre la fuerza

aplicada y la aceleración resultante. Por añadidura, probó que la aceleración disminuye

proporcionalmente con la inercia o masa (m) del objeto. En la segunda ley de Newton

se postula este principio.

Segunda ley de Newton. La aceleración a de un objeto en la dirección de

una fuerza resultante (F) es directamente proporcional a la magnitud de la

fuerza e inversamente proporcional a la masa (m).

Tercera Ley de Newton o Ley de Acción-Reacción

No puede haber una fuerza si no están implicados dos cuerpos. Cuando un martillo

golpea un clavo ejerce una fuerza de “acción” sobre él. Pero el clavo también

“reacciona” empujando hacia atrás al martillo. En todos los casos debe haber una

fuerza de acción y una de reacción. Siempre que dos cuerpos interactúan, la fuerza
ejercida por el segundo sobre el primero (la fuerza de reacción) es igual en magnitud,

pero de sentido contrario a la dirección de la fuerza ejercida por el primer cuerpo

sobre el segundo (la fuerza de acción). Este principio se enuncia en la tercera ley de

Newton.

Tercera ley de Newton. Para cada fuerza de acción debe haber una fuerza

de reacción igual y opuesta.

Preguntas de lectura:

Explique brevemente las tres leyes de movimiento de Newton y escriba dos ejemplos

de cómo estas leyes se ven presentes en el día a día

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Diagramas de cuerpo libre

Un diagrama de cuerpo libre es un diagrama vectorial que describe todas las fuerzas

que

actúan sobre un objeto o cuerpo. Al dibujar diagramas de cuerpo libre es importante

distinguir entre las fuerzas de acción y las de reacción.

las fuerzas de campo. Ambas deben considerarse en la construcción de un diagrama

de fuerzas.

Por ejemplo, la atracción gravitacional de un cuerpo por parte de la Tierra, conocida

como

peso, no tiene un punto de contacto con el cuerpo; no obstante, ejerce una fuerza real

y debe considerarse un factor importante en cualquier problema de fuerzas. La

dirección del vector peso debe considerarse siempre hacia abajo.

EJEMPLO:

Un bloque de peso W cuelga de una cuerda atada a otras dos cuerdas, A y B, las cuales,

a su vez, están sujetas del techo. Si la cuerda B forma un ángulo de 60º con el techo

y la cuerda A uno de 30º, trace el diagrama de cuerpo libre del nudo.

Plan: Seguiremos paso por paso el procedimiento para trazar diagramas de cuerpo

libre.

Solución: Se traza y marca un diagrama como el de la Figura 1, luego se dibuja un

círculo alrededor del nudo donde se ejerce cada fuerza.

En la Figura 2 siguiente se presenta el diagrama de cuerpo libre completo. Observe

que todas las componentes están identificadas claramente como opuestas y

adyacentes a los ángulos proporcionados.

Figura 2

Guía de ejercicios 1
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__Dibuje el diagrama de cuerpo libre para las siguientes figuras:

1) Diagrama 1:

2) Diagrama 2:
3) Diagrama 3:

4) Diagrama 4:

5) Diagrama 5:
6) Diagrama 6:

7) Diagrama 7:
8) Diagrama 8: