Tipos de Fuerzas
Tipos de Fuerzas
Tipos de Fuerzas
R.-Se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el
estado de movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese
cuerpo.
R.- Las fuerzas de contacto son ciertos tipos de fuerzas que se presentan en los objetos
que interactúan y que estan físicamente en contacto (Por ejemplo: la fuerza con que se
empuja un objeto, la fuerza de fricción, etc.)
R.-Es la fuerza que actúa sobre un cuerpo de manera que impide o retarda el
deslizamiento de éste respecto a otro en la superficie que ambos tengan en contacto.
R.-El newton se define como la fuerza que es necesaria para que una masa de un
kilogramo pueda acelerar un metro por segundo cada vez que transcurre un segundo. Se
acostumbra denotar esta expresión a través de las unidades de fuerza: Kg·m/s2.
P.-¿Qué decía Aristóteles en relación con el movimiento de un objeto y la
fuerza aplicada a el mismo? ¿Por qué esto fue un error?
R.-El filosofo Aristóteles al analizar las relaciones entre las fuerzas y el movimiento,
pensó que un cuerpo se mantendría en movimiento solo si existiera una fuerza que
actuase sobre él de manera constante. A esta idea se le considera un error porque
actualmente se sabe que los cuerpos mantienen su estado de movimiento aún cuando no
se les aplique una fuerza externa.
• Tipos de fuerzas
• Aristoteles, Copernico y Galileo
• Primera ley de Newton
• Masa, peso y volumen
• Masa, peso y volumen (2)
• Fuerza, masa y aceleracion
• Segunda ley de Newton
• Fuerza de friccion o roce
R.-Los seguidores de las enseñanzas de Aristóteles concebían que la tierra era el centro
del universo y que a su alredor se movían el resto de los astros celestes (El sol, la luna y
las estrellas). Según Aristóteles para que un cuerpo se moviera era necesario que una
fuerza actuace constantemente sobre el mismo. Esto quiere decir que al dejar de actuar
la fuerza, el cuerpo eventualmente se detendría. Siendo cierto el hecho de que el planeta
Tierra tiene unas dimensiones gigantescas, es resultaba imposible imaginar que existiese
una fuerza con la suficiente magnitud como para mantenerla en movimiento. Como
consecuencia de este razonamiento, era un hecho para los aristotélicos que la tierra no
se movía.
R.-Nicolás Copernico fue un astrónomo polaco que vivió entre 1473 y 1543. Durante la
época que vivió Copérnico se pensaba ampliamente que el resto de los astros celestes
giraban al rededor de la tierra y esta creencia era sostenida también por las creencias
religiosas. De manera que la afirmación de que la tierra giraba alrededor del sol y no al
revés causó un gran revuelo en la comunidad científica y en la religiosa que tildó de
herejía semejante afirmación.
R.-Aristóteles había señalado que todo cuerpo sólido cae a la tierra con una velocidad
que esta en función a su peso. Galileo lanzó dos objetos de diferentes masa desde lo alto
de una torre intentando explicar que todos los objetos son atraídos hacia la tierra con la
misma fuerza, independientemente de la masa de los mismo. De esta manera, si Galileo
tenía razón, ambos objetos llegarían al suelo al mismo tiempo, cosa que sucedió.
Para contrarrestar la idea de que todo cuerpo se mantendrá en movimiento sólo si una
fuerza es aplicada de forma constante sobre él, Galileo diseño do planos inclinados en
ángulos opuestos y separados en su base por una superficie plana. Desde lo alto de uno
de los planos soltó una esfera y dejó que rodará por la pendiente. La bola descendió
corrió sobre el plano y luego subió por el plano inclinado a cierta altura. Galileo aseguro
que la esfera trataba de alcanzar la altura que tenía inicialmente y que por tanto había
"algo" que trataba de evitar que alcanzara su objetivo. Por tanto, Galileo afirmo que si
ese "algo" no existiese y se retirara el plano inclinado opuesto la esfera seguiría en su
recorrido sobre la superficie plana eternamente, según lo que se indica en las leyes de
Newton.
R.-La primera ley de Newton señala que "Todo cuerpo continua en su estado de reposo
o velocidad uniforme en línea recta a menos que una fuerza neta actué sobre él y lo
obligue a cambiar ese estado". Esto contrasta con lo que creyó Aristóteles, quien
pensaba que se necesitaba una fuerza continua para mantener un objeto en movimiento
sobre un plano horizontal.
P.-Si un astronauta lanza una roca en un sitio del cosmos donde no hay
influencia de fuerza gravitatoria o de roce a) ¿Se detendrá la roca
gradualmente ¿, b)¿Se seguirá moviendo con la misma velocidad y la
misma dirección?
R.-
a)No, la roca debería describir una trayectoria en línea recta en la dirección en la cual
fue lanzada sin detenerse jamás.
b)La roca debería seguir moviéndose sin variar la velocidad con la que fue lanzada y en
la misma dirección, según se enuncia en la primra ley de newton.
P.-¿Por qué se siente una sensación extraña cuando un ascensor que sube,
se detiene bruscamente en un piso de un edificio?
R.-Una fuerza no balanceada es aquella fuerza que hace variar el estado de movimiento
de un cuerpo, es decir, la que produce la aceleración de un cuerpo. Una "fuerza no
balanceada" puede ser la que impulsa una bala al salir de un fusil, mientras que una
fuerza balanceada puede ser la fuerza normal.
P.-¿Qué es un diagrama de cuerpo libre?
R.-Un diagrama de cuerpo libre es una especie de croquis que se representa sobre un eje
de coordenadas. En el croquis deben indicarse absolutamente todas las fuerzas que
actúan sobre el cuerpo. Es al resultado de esta representación a la que se le denomina
diagrama de cuerpo libre.
R.-La masa es una medida de la cantidad de material que posee un cuerpo. La masa
también constituye una medida de la inercia de un cuerpo. Mientras mayor sea la masa,
mayor será la fuerza necesaria para mover el objeto. Es decir, será más difícil variar su
estado de movimiento.
R.-El volumen de un cuerpo mide el espacio que este ocupa. Sin embargo, no siempre
se cumple que a mayor volumen habrá mayor masa, puesto que entre ambas
propiedades hay que considerar una tercera propiedad que se conoce como densidad que
indica cuanta masa tendrá cierto volumen de un material cualquiera.
R.-El peso de un cuerpo no es otra cosa que la fuerza de atracción gravitacional que
ejerce la tierra sobre los cuerpos que están a su alrededor. El peso es muy diferente a la
masa, ya que esta sólo es una medida de la cantidad de materiales que posee un cuerpo.
Es interesante el hecho de que el peso de un cuerpo puede obtenerse al multiplicar la
masa por la gravedad terrestre.
R.-Debido a que el búfalo posee una masa mayor que la del hombre, al búfalo se le hará
mas difícil dominar el movimiento en zig-zag, ya que según el principio de la inercia al
tratar de hacer el cambio de dirección la masa del búfalo tenderá a seguir en línea recta.
Por lo tanto el búfalo necesitará mucha más fuerza que el hombre para que su cuerpo de
gran masa cambie de dirección y mantenga su rápidez.
R.-El peso necesariamente varía con la gravedad..., es decir, una persona no "pesa" igual
acá en la tierra, donde la fuerza gravitatoria vale 9,8 m/s2, que en la luna, donde su valor
es mucho menor.
Es posible asegurar que la masa de un cuerpo no cambia ni en la tierra ni en la luna,
pero el peso será diferente porque las fuerzas de gravedad son distintas.
R.-Es más que evidente que el volumen total si cambia, puesto que se ha aplicado una
fuerza que deforma a la lata, reduciendo su volumen. Los demás valores como la masa,
el peso y la inercia permanecerán sin cambios, debido a que la masa no varía (solo se
comprime la lata, no se rompe ni se le quita un pedazo), y ya que tanto la inercia como
el peso dependen de la masa, ambos parámetros deben necesariamente permanecer
constantes.
R.-Debido a la inercia. A mayor masa existirá mayor inercia, es decir, será mas difícil,
hablando en términos de fuerza, detener a un objeto que se mueve con una gran masa
que a uno con una masa pequeña.
P.-Si se duplica la masa que contiene una caja de madera, ¿Se duplica su
inercia? ¿se duplica su peso?
R.-Si tanto la inercia como el peso dependen de la masa,al duplicar la masa, tanto el
peso como la inercia aumentarán.
R.-Ya que el peso es el producto de la masa por la gravedad, haría falta saber cual es la
gravedad de la luna para poder decir cual es el peso de los clavos en la luna. Sin
embargo, cabe decir que ambas masas son iguales por lo que con seguridad el kilo de
algodón tendría mayor peso en la tierra que el kilo de clavos en la luna, ya que la
gravedad en la luna es menor que la que existe en la tierra.
R.-Aunque en ciertos casos puede actuar una sola fuerza sobre un cuerpo, lo que ocurre
comúnmente es que actúan dos o más fuerzas sobre un cuerpo. La fuerza neta viene a
ser la resultante que se obtiene al sumar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Al
momento de calcular la aceleración de un cuerpo debe utilizarse la fuerza neta para
obtener un resultado correcto. En el caso de que sobre el cuerpo actúe una sola fuerza, la
fuerza neta será igual a la fuerza aplicada. Recordemos que la fuerza neta es la que
puede acelerar un cuerpo al cambiar su magnitud, su rapidez o modificar la dirección.
R.-La fuerza normal es la fuerza ejercida por una superficie sobre un cuerpo que se
encuentre apoyado en ella, en reacción al peso que tiene que soportar. La fuerza normal
suele ser representada graficando un vector perpendicular al plano de la superficie de
contacto y en dirección contraria al peso que soporta.
R.-Mientras mayor sea la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo de masa constante,
mayor será la aceleración que alcanzará el cuerpo. Dicho de otra manera, al duplicar la
fuerza neta, se duplicará la aceleración. El enunciado de este comportamiento se expresa
diciendo que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta
que actúa sobre el mismo.
R.-La relación que existe es que mientras mayor sea la masa de un cuerpo, menor será la
aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una misma fuerza. El caso
contrario también es cierto: mientras menor sea la masa de un cuerpo, mayor será la
aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una misma fuerza. Dicho de
otra forma, la aceleración dependerá de la masa del cuerpo si aplicamos siempre una
misma fuerza.
P.-Si un cuerpo no tiene aceleración, ¿Se puede decir que no hay fuerzas
actuando sobre el mismo?
Aunque es cierto que un cuerpo no acelerará si no hay fuerzas aplicadas sobre el mismo,
también puede ocurrir que existan varias fuerzas aplicadas sobre el cuerpo pero que
estén balanceadas entre sí (es decir, son fuerzas que tienen igual magnitud pero
direcciones opuestas por lo que ellas mismas se anulan), por lo que la fuerza neta será
cero y por tanto el cuerpo no acelerará.
Físicamente hablando, la aceleración producida por una fuerza neta sobre un objeto es
directamente proporcional a la magnitud de dicha fuerza, y en su misma dirección, e
inversamente proporcional a la masa del objeto.
P.-Si una agenda electrónica tiene una masa de 100 gramos ¿Cuál es su
peso en newton?
R.-Si la masa del objeto es de 100 gramos, entonces expresado en kilogramos la masa
del objeto será de 0,1 kilogramos. Por otro la aceleración de gravedad terrestre es de
9,81 m/s2, por tanto el peso del objeto será P=m·g.
P = 0,981 N
R.-Al caer un cuerpo con masa m hacia la superficie del planeta, las únicas fuerzas que
podrían actuar sobre él, son la fuerza de atracción de gravedad, conocida también como
la fuerza gravitacional y la fuerza de resistencia que ofrecerá el aire.
R.-La fuerza de fricción es la fuerza que se opone a que un cuerpo se desplace al estar
en contacto con otro. La fricción se origina en el hecho de las superficies no suelen ser
perfectamente lisas, por lo que las irregularidades que existen en las superficies
impedirán que las superficies se desplacen libremente entre sí.
R.-La diferencia que existe entre fricción estática y fricción dinámica, es que la fricción
estática es la que impide que un cuerpo comience a moverse (la velocidad relativa entre
las dos superficies es cero), y la fricción dinámica es la que existe cuando el objeto ya se
encuentra en movimiento (en este caso hay movimiento relativo entre las dos
superficies).
R.-
Positivos: Es un hecho que no sería posible caminar sino fuera por la presencia de la
fricción. Todos hemos experimentado lo difícil que resulta caminar sobre una superficie
pulida. En este caso, de poca fricción, la persona resbala sin poder avanzar
efectivamente.
Negativo: Su presencia causa desgaste considerable en maquinarias y equipos. Los
aceites lubricantes utilizados en un automóvil, por ejemplo, disminuyen el rozamiento
entre las partes móviles de los mismos, reduciendo así el consumo de energía.
R.-Es más fácil deslizar un cuerpo en movimiento debido a que el coeficiente de roce
dinámico es menor que el coeficiente de roce estático. Esto es debido a que cuando el
cuerpo esta en movimiento las irregularidades microscópicas de las superficies pueden
ser salvadas con mayor facilidad al contar el cuerpo con cierto impulso que se mantiene
al tratar el cuerpo de mantenerse en movimiento gracias a la inercia.
R.-La fuerza de fricción siempre se opondrá al movimiento del cuerpo, por lo tanto, la
dirección de la fuerza de fricción será contrario a la dirección de la fuerza aplicada.
P.-¿Por qué gracias a la fuerza de fricción es mas fácil caminar sobre una
superficie rugosa que sobre una superficie lisa?
R.-Es más fácil caminar sobre la superficie rugosa debido a que hay una mejor fricción.
Esto permite que el pie no resbale ya que la superficie genera una fuerza de fricción
hacia adelante que impide que el pie resbale hacia atrás por lo que se produce el avance.
En el caso de la superficie lisa, el caminante ni siquiera podrá tenerse en pie, cayendo
inevitablemente.