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Concepto de fuerza La fuerza es un concepto difícil de definir, pero muy conocido. Sin que nos digan lo que es la
fuerza podemos intuir su significado a través de la experiencia diaria.Una fuerza es algo que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto.Por ejemplo, al levantar pesas, al golpear una pelota con la cabeza o con el pie, al empujar
algún cuerpo sólido, al tirar una locomotora de los vagones, al realizar un esfuerzo muscular al empujar algo, etcétera siempre hay un efecto.
El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser: • Modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe • Modificación de su aspecto físicoTambién pueden ocurrir los dos efectos en forma simultánea. Como sucede, por ejemplo,
cuando alguien patea una lata de bebida: la lata puede adquirir movimiento y también puede deformarse.De todos los ejemplos citados podemos concluir que: • La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce sobre otro objeto (se dice que hay una interacción). Esto puede
apreciarse en los siguientes ejemplos: — un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su cabeza — un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la Tierra — un objeto repele a otro: un imán repele a otro imán — un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol impulsa la pelota con un cabezazo — un objeto frena a otro: un ancla impide que un barco se aleje.
• Debe haber dos cuerpos: de acuerdo a lo anterior, para poder hablar de la existencia de una fuerza, se debe suponer la presencia de dos cuerpos, ya que debe haber un cuerpo que atrae y otro que es atraído, uno que impulsa y otro que es impulsado, uno que empuja y otro que es empujado, etc.
Dicho de otra manera, si se observa que sobre un cuerpo actúa una fuerza, entonces se puede decir que, en algún lugar, hay otro u otros cuerpos que constituyen el origen de esa fuerza.
• Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" a sí misma).
• La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formando un ángulo dado con la horizontal, etc.
Para representar la fuerza se emplean vectores. Los vectores son entes matemáticos que tienen la particularidad de ser direccionales; es decir, tienen asociada una dirección. Además, un vector posee módulo, que corresponde a su longitud, su cantidad numérica y su dirección (ángulo que forma con una línea de referencia).
Se representa un vector gráficamente a través de una flecha en la dirección correspondienteResumiendo:
Ver: Sistemas de fuerzas
Clasificación de las fuerzasLas fuerzas se pueden clasificar de acuerdo a algunos criterios: según su punto de aplicación y
según el tiempo que dure dicha aplicación.Según su punto de aplicación:a) Fuerzas de contacto: son aquellas en que el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto
directo con el cuerpo que la recibe.Un golpe de cabeza a la pelota, sujetar algo, tirar algo, etc.b) Fuerzas a distancia: el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en contacto
físicamente.El ejemplo más familiar de una fuerza de este tipo es la atracción gravitatoria terrestre,
responsable de que todos los cuerpos caigan hacia el suelo. Otro ejemplo es la fuerza que un imán ejerce sobre otro imán o sobre un clavo.
Fuerza para levantar pesas.
Un hombre ejerce una fuerza sobre el burro, empujando o tirando de él.
Fuerza de contacto sobre la pelota.En física, fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de
movimiento de un cuerpo.
Fuerzas gravitacionales a distancia entre el Sol, la Tierra y la Luna.
Según el tiempo que dura la aplicación de la fuerza:a) Fuerzas impulsivas: son, generalmente, de muy corta duración, por ejemplo: un golpe de raqueta.b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo comparable o mayor que los tiempos característicos
del problema de que se trate.Por ejemplo, el peso de una persona es una fuerza que la Tierra ejerce siempre sobre la
persona. La fuerza que ejerce un cable que sostiene una lámpara, durará todo el tiempo que la lámpara esté colgando de ese cable. La fuerza que ejerce el cable sobre un teleférico durará mientras ahí esté. Asimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser exteriores e interiores.
a) Fuerzas exteriores: son las que actúan sobre un cuerpo siendo ejercidas por otros cuerpos.b) Fuerzas interiores: son las que una parte de un cuerpo ejerce sobre otra parte de si mismo.
Unidades de fuerzaEl primer paso para poder cuantificar una magnitud física es establecer una unidad para
medirla.En el Sistema Internacional (SI) de unidades la fuerza se mide en newtons (símbolo: N), en el
CGS en dinas (símbolo, dyn) y en el sistema técnico en kilopondio (símbolo: kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente un kilo.
Un newton es la fuerza que, al ser aplicada a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado.
Ver: Masa y pesoCantidad vectorial
Una fuerza es una cantidad vectorial. ¿Qué significa esto?Significa que tiene tres componentes: — un valor, que viene dado por un número y una unidad de medida (25 Newton, por ejemplo). — una dirección, que vendría a ser la línea de acción de la fuerza (dirección vertical, por ejemplo). — un sentido, que vendría a ser la orientación, el hacia dónde se dirige la fuerza (hacia arriba, por ejemplo).Estos tres componentes deben estar incluidos en la información de una fuerza.Las fuerzas se pueden sumar y restar. No tiene sentido físico el multiplicarlas o dividirlas.Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección y en el mismo sentido, entonces la suma es la suma aritmética de
ellas. Si sus valores son 40 Newton y 30 Newton, el resultado sería 70 Newton en la dirección y sentido común que tienen.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos distintos (una a la derecha y la otra a la izquierda, por ejemplo) entonces la suma es la diferencia entre ellas (resta), con la misma dirección pero el sentido de la fuerza mayor. Si sus valores son 40 Newton a la derecha y 30 Newton a la izquierda, entonces la suma sería 10 Newton a la derecha.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos opuestos y resulta que las dos fuerzas tienen el mismo valor numérico, entonces la suma de ellas dará como resultado el valor 0. En este caso se puede decir que las fuerzas se anulan.
Pero ojo: las dos fuerzas deben estar actuando sobre el mismo cuerpo, de lo contrario no se pueden anular, incluso no podrían sumarse.
Fuerza impulsiva aplicada sobre la pelota.
Si las fuerzas que se van a sumar no tienen la misma dirección, el problema se complica bastante y habría que recurrir a procedimientos geométricos e incluso de trigonometría.
Cuando graficamos una fuerza que actúa sobre un cuerpo, se dibuja con una flecha partiendo desde el centro del cuerpo que la recibe.
Masa y peso ¿Son lo mismo la masa y el peso?Todos los cuerpos están hechos de materia. Algunos tienen más materia que otros. Por ejemplo, pensemos en dos
pelotas de igual tamaño (igual volumen): una de golf (hecha de un material duro como el caucho) y otra de tenis (hecha de goma, más blanda).
Aunque se vean casi del mismo tamaño, una (la de golf) tiene más materia que la otra.Como la masa es la cantidad de materia de los cuerpos, diremos que la pelota de golf tiene más masa que la de tenis.Lo mismo ocurre con una pluma de acero y una pluma natural. Aunque sean iguales, la pluma de acero tiene más masa
que la otra.Ahora, un ejemplo con cuerpos que no sean del mismo tamaño (que tengan distinto volumen):Un niño de 7 años comparado con su padre de 35 años.La diferencia es más clara. Es evidente que el pequeño tiene mucho menos masa que su padre.Ahora bien: pon mucha atención a lo siguiente:La UNIDAD DE MEDIDA de la MASA es el KILOGRAMO (kg)La masa se mide usando una balanzaEl kilogramo (unidad de masa) tiene su patrón en: la masa de un cilindro fabricado en 1880, compuesto de una aleación
de platino-iridio (90 % platino - 10 % iridio), creado y guardado en unas condiciones exactas, y que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París.
La masa es la única unidad que tiene este patrón, además de estar en Sevres, hay copias en otros países que cada cierto tiempo se reúnen para ser regladas y ver si han perdido masa con respecto a la original.
No olvidemos que medir es comparar algo con un patrón definido universalmente.¿Y el peso?De nuevo, atención a lo siguiente: la masa (la cantidad de materia) de cada cuerpo es
atraída por la fuerza de gravedad de la Tierra. Esa fuerza de atracción hace que el cuerpo (la masa) tenga un peso, que se cuantifica con una unidad diferente: el Newton (N).
La UNIDAD DE MEDIDA DEL PESO ES EL NEWTON (N)Entonces, el peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre una masa y ambas magnitudes son
proporcionales entre sí, pero no iguales, pues están vinculadas por el factor aceleración de la gravedad.
Para que entiendas que el concepto peso se refiere a la fuerza de gravedad ejercida sobre un cuerpo, piensa lo siguiente:
El mismo niño del ejemplo, cuya masa podemos calcular en unos 36 kilogramos (medidos en la Tierra, en una balanza), pesa (en la Tierra, pero cuantificados con un dinamómetro) 352,8 Newtons
(N).Si lo ponemos en la Luna, su masa seguirá siendo la misma (la cantidad de materia que lo compone no varía, sigue
siendo el mismo niño, el cual puesto en una balanza allí en la Luna seguirá teniendo una masa de 36 kilogramos), pero como la fuerza de gravedad de la Luna es 6 veces menor que la de la Tierra, allí el niño PESARÁ 58,68 Newtons (N)
Estas cantidades se obtienen aplicando la fórmula para conocer el peso, que es:P = m • g
Donde P = peso, en Newtons (N) m = masa, en kilogramos (kg) g = constante gravitacional, que es 9,8 en la Tierra (m/s).Estoy seguro de que todos se sorprenderán con que un niño de 7 años pese 352,8 Newtons, pero en física es así, ése es
su peso.Lo que ocurre es que la costumbre nos ha hecho trabajar desde chicos solo con el concepto de peso, el cual hemos
asociado siempre al kilogramo, y nos han habituado a usarlo, sin saberlo nosotros, como sinónimo de masa. Por eso,
Una balaza mide solo cantidad de
masa.
cuando subimos a una balanza decimos que nos estamos “pesando”, cuando en realidad estamos midiendo nuestra cantidad de masa, que se expresa enkilogramos.
Lo que hacemos es usar nuestra medición de MASA como si fuera nuestro “PESO” y al bajar de la balanza decimos “PESÉ 70 KILOS” si la máquina marca esa cantidad, pero el PESO REAL SERÁ 686 Newtons (N) (70 por 9,8 es igual a 686).
Lo concreto es que, en el uso moderno del campo de la mecánica, el peso y la masa son cantidades fundamentalmente diferentes: la masa es una propiedad intrínseca de la materia mientras que el peso es la fuerza que resulta de la acción de la gravedad en la materia.
Sin embargo, el reconocimiento de la diferencia es, históricamente, un descubrimiento relativamente reciente. Es por eso que en muchas situaciones cotidianas la palabra peso continúa siendo usada cuando se piensa en masa. Por ejemplo, se dice que un objeto pesa un kilogramo cuando elkilogramo es una unidad de masa.
El dinamómetroEl dinamómetro, el aparato que sirve par cuantificar el peso, está formado
por un resorte con un extremo libre y posee una escala graduada en unidades de peso. Para saber el peso de un objeto solo se debe colgar del extremo libre del resorte, el que se estirará; mientras más se estire, más pesado es el objeto.
El kg es, como hemos repetido, una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, balanzas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg, pero en realidad son kg-fuerza. El kg-fuerza es otra unidad de medida de peso (arbitraria, para uso corriente, que
no pertenece al Sistema Métrico, que se conoce también comokilopondio), que es equivalente a 9,8 Newtons, y que se utiliza cotidianamente para indicar el peso de algo.
Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa, lo que equivale a 9,8 Newtons. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-fuerza (o 588 Newtons). Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza (o 98 Newtons), aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae).
ENTONCES:MASA ES LA CANTIDAD DE MATERIA DE UN CUERPO QUE SE MIDE EN UNA BALANZA, Y SU UNIDAD DE MEDIDA ES
EL KILOGRAMO (kg).PESO ES LA CUANTIFICACIÓN DE LA FUERZA DE ATRACCIÓN GRAVITACIONAL EJERCIDA SOBRE UN CUERPO Y SE OBTIENE
CON LA FÓRMULA P = m . g, o BIEN SE MIDE EN UN DINAMÓMETRO (aparato que consiste en un resorte y del cual debe “colgarse” el cuerpo que, en rigor, se está PESANDO), Y SU UNIDAD DE MEDIDA ES EL NEWTON (N).
En la Tierra, entonces, un kilogramo masa es equivalente a un kilogramos fuerza y este último es igual a 9,8 NewtonsDiferencia entre masa y peso
Características de masa Características de peso
1. Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.2. Es una magnitud escalar.3. Se mide con la balanza.4. Su valor es constante, es decir, independiente de la altitud y latitud.5. Sus unidades de medida son el gramo (g) y el kilogramo (kg).6. Sufre aceleraciones
1. Es la fuerza que ocasiona la caída de los cuerpos.2. Es una magnitud vectorial.3. Se mide con el dinamómetro.4. Varía según su posición, es decir, depende de la altitud y latitud.5. Sus unidades de medida en el Sistema Internacional son la dina y el Newton.6. Produce aceleraciones.
Lo importante es que entiendas el concepto y la diferencia entre PESO Y MASA, aunque siempre sigas “pesándote” y
creas que pesas, por ejemplo 50, 55 ó 60 kilos.
Concepto de masa La masa es una de las magnitudes fundamentales de la física.De hecho, muchos fenómenos de la naturaleza están, directa o indirectamente, asociados al concepto de masa.
Un tipo de dinamómetro.
Así se pesa una masa.
Un primer acercamiento al concepto de masa se puede expresar al decir que “masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo”.
Entender esa afirmación requiere, sin embargo, conocer el concepto de materia.Los científicos suelen definir materia como todo aquello que posee inercia, y aquí aparece el concepto de inercia.Por el momento, solamente diremos que un cuerpo tiene inercia si para modificar su estado, entiéndase como cambiar
su movimiento, requiere de que sobre él se aplique una fuerza neta. Una fuerza que tenga un valor distinto de cero.Materia, entonces, al ser todo aquello que posee inercia, sería todo aquello que requiera una fuerza para detenerse o
iniciar su movimiento…, ahora aparece el concepto de fuerza.Por lo visto, para hablar de materia, debemos referirnos, necesariamente, a otros conceptos, pues bien, sigamos con lo
más básico entonces.Una porción de materia, que también vendría a ser una porción de masa, se puede reducir a la más pequeña de sus
partículas que la componen, y nos encontraríamos con los átomos. Los átomos son, por el momento, la unidad de la materia. Una materia o una masa cualquiera es –al final de cuentas– una cierta cantidad de átomos (muchos átomos con toda seguridad).
A modo de curiosidad: una persona de 70 kg de masa tendría, aproximadamente: 3,41 x 1028 electrones, 3,41 x 1028 protones y 7,76 x 1027 neutrones.
Ahora, la materia más común que nos rodea está formada por al menos dos tipos de materiales diferentes, que combinados dan origen a una mezcla. Por ejemplo, en la etiqueta de una camisa podemos leer que la tela tiene 70 por ciento y 30 por ciento poliéster. Ahí tenemos una mezcla.
Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Si la materia de la mezcla no está distribuida uniformemente, la mezcla es heterogénea, y si está distribuida uniformemente entonces es una mezcla homogénea.
Una mezcla homogénea puede ser de dos tipos: homogénea propiamente tal, si está compuesta por al menos dos materiales en una distribución uniforme o, una sustancia si la materia que compone a la mezcla es la misma en todas sus partes, en este caso la materia es pura en la naturaleza y ésta puede ser: un compuesto, formado por dos o más tipos de átomos o un elemento, formada por un solo tipo de elemento (corresponde a una materia formada por algún elemento químico, de esos que están en la Tabla Periódica).
Como ven, entender el concepto de masa, no es tan simple, requiere más conocimientos para ser rigurosamente precisos.
Pero, si pensamos que el concepto de masa se va a enseñar a niños pequeños, que les falta aún madurez para su formación intelectual, entonces debemos hacer algunos supuestos y pasar por alto algunas cosas.
A partir de ejemplos de masa podemos llegar. ¿Qué es masa?... casi todas las cosas que nos rodean son masas, algunas masas se pueden ver y otras no se pueden ver.
Una piedra o un ladrillo o una persona, las podemos ver y son masas, el aire no lo podemos ver pero está compuesto de masa, masa compuesta de partículas materiales muy pequeñas, que son imposibles de ver si no usamos un microscopio bien poderoso.
La unidad de medida de masa es el kilogramo, también se usa el gramo, donde un gramo es la milésima parte de un kilogramo (1 gr = 0,001 kg).
En las transformaciones en el universo como traspasos, transporte, transferencia de materia la masa involucrada permanece constante.
La masa es una magnitud medible, la materia aparte de ser algo concreto también se puede expresar como una explicación cualitativa de un cuerpo cualquiera.
Podemos decir características de una materia, por ejemplo, podemos decir que en la naturaleza se encuentra en tres estados posibles, visibles o “sensorialmente” captables: sólido, líquido y gas.
Una materia puede ser dúctil, flexible, rígida, etc., puede ser salada, dulce, etc.La masa es la medida, en kilogramos o gramos e incluso toneladas, de una cierta cantidad de
materia. 1 kilogramo de pan, por ejemplo.
Energía, fuerza y trabajoEnergía, fuerza y trabajo son conceptos muy relacionados, aunque son distintos entre sí.Básicamente, la energía está presente en todos los cuerpos (si el cuerpo está en reposo posee energía potencial y si está
en movimiento la energía potencial se ha trasformado en energía cinética).
La masa se mide en kilogramos ¿y el peso?
La fuerza es una acción que solo se puede expresar (ver sus resultados) cuando hay interacción entre dos cuerpos. Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética.
El resultado de esta aplicación de fuerza para transformar la energía se denomina trabajo.Clarifiquemos un poco.Respecto a la energía:La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden
transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.
Conceptualmente, energía es la capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.
Ver:Energía mecánica y trabajoTipos de energíaRespecto a la fuerza:De modo natural, todos los cuerpos ejercen interacciones entre sí. Al hacerlo, producen efectos
que pueden cambiar la forma de algunos o pueden moverlos o detenerlos.La mgnitud de estas interacciones se puede medir utilizando el concepto de fuerza, la cual
podemos definir así:“Fuerza es la interacción entre dos cuerpos, que produce cambios ya sea en la forma o en el
estado (reposo o movimiento) de ellos.”Las leyes que rigen el comportamiento de las fuerzas las enunció Newtony hoy se conocen
como Las tres leyes de Newton y conforman los Principios de la Dinámica.Ver:Concepto de fuerza Respecto al trabajo:En el lenguaje cotidiano, la palabra “trabajo” se asocia a todo aquello que suponga un esfuerzo físico o mental, y que por
tanto produce cansancio.En física se produce trabajo sólo si existe una fuerza que al actuar sobre un cuerpo da lugar a su desplazamiento.Entonces, se llama trabajo al resultado o efecto producido luego de aplicar una fuerza para hacer que algo se desplace
en la dirección de esa fuerza.
Fuerza y movimientoEl movimiento tiene que ver con la sensación de desplazamiento rápido, como ver una moto o un auto a gran velocidad,
pero es provocado por un efecto invisible, que actúa sobre los cuerpos, llamado fuerza.Fuerza y movimiento son dos eventos físicos que están ligados. Pero, aunque la fuerza puede manifestarse sola, el
movimiento no es posible sin el concurso de una fuerza.
Como la fuerza es invisible, alguno de los efectos producidos por esta, también son invisibles.¿Que es una fuerza?:La fuerza se relaciona con la acción que ejerce un cuerpo sobre otro (locomotora que ejerce fuerza para mover sus
vagones o barra de acero posada sobre una mesa). Los objetos son los que poseen la capacidad de ejercer fuerzas a causa de algún tipo de interacción.
Ver: Concepto de fuerzaEquilibrio de fuerzasSobre los cuerpos, siempre está actuando alguna fuerza. Pero su presencia no siempre es evidente. En ocasiones las
fuerzas que interactúan sobre un cuerpo se contrarrestan entre sí, lo cual puede describirse como que “las fuerzas se anulan mutuamente y el cuerpo se encuentra en equilibrio”.
Las fuerzas son vectores, y si los vectores tienen la misma dirección pueden ser sumados directamente, y el resultado es otro vector
Efectos de una fuerza
La fuerza al patear el balón lo desvía de su trayectoria.
Cuando las fuerzas actúan producen movimiento sobre algún cuerpo o pueden detener el movimiento. Sobre cada cuerpo actúan muchas fuerzas a la vez, las que sumadas reciben el nombre de fuerza neta y es equivalente a la fuerza de todas las demás.
Condición de equilibrio de traslaciónSi la fuerza neta es cero, la aceleración es cero, y la velocidad no cambia, es constante; por lo
tanto, el movimiento puede ser: rectilíneo uniforme (MRU) o tratarse de un objeto en reposo.
Como la fórmula para calcular la fuerza es , la igualamos a cero: Pero la masa nunca es cero, entonces la aceleración es cero.
Si la fuerza neta no es cero, el móvil tiene aceleración (o deceleración); por lo tanto, el movimiento es uniformemente variado, pudiendo ser: Uniformemente acelerado o uniformemente retardado.
Si la aceleración es mayor que cero (positiva), es un movimiento uniformemente acelerado (MUA).Si la aceleración es menor que cero (negativa), es un movimiento uniformemente retardado (MUR).Ver:Movimiento rectilíneo uniforme y Movimiento uniformemente acelerado Análisis de fuerzasSegún la Primera ley de Newton, “todo cuerpo en reposo que reciba una fuerza experimenta un cambio”.Newton se basó en la teoría de Galilei (sin roce los cuerpos no se detienen) para establecer su Ley de la Inercia: “un
cuerpo que se encuentra en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme, tiende a mantener ese estado siempre que no sea afectado por algún tipo de fuerzas”.
Fuerza, masa y aceleraciónLa Segunda ley de Newton: Todos los objetos que en movimiento están variando continuamente su velocidad,
adquieren aceleración.El cambio de velocidad (aceleración o deceleración) de un cuerpo es producido por un desequilibrio entre las fuerzas que
actúan sobre él. Esta aceleración o deceleración del objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el.La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2
Ver: Leyes de NewtonVer: Energía, fuerza y trabajo
Sistemas de fuerzasFuerzas aplicadas sobre sólidosEl efecto más visible de las fuerzas es producir deformaciones en los cuerpos, pero hay cuerpos que no se deforman; por
eso diferenciamos dos tipos de sólidos: deformables e indeformables o rígidos.Sólidos
deformablesSólido rígido
Sometidos a una fuerza, los sólidos rígidos pueden realizar dos tipos de movimiento: de traslación o de rotación, según
el punto donde se aplique la fuerza.Sistemas de fuerzas.
La fuerza del viento empuja la vela.
Con frecuencia varias fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un mismo cuerpo.Cuando existe más de una fuerza tenemos lo que se denomina unSistema de Fuerzas.Cada una de las fuerzas actuantes recibe el nombre de componentedel sistema.Cuando varias fuerzas actúan sobre un mismo cuerpo, siempre es posible sustituirlas por una
única fuerza capaz de producir el mismo efecto.Esa única fuerza que reemplaza a todas se denomina fuerza Resultante o simplemente
Resultante.Se llama fuerza equilibrante la fuerza igual y contraria a la resultante.La resultante de un sistema de fuerzas se puede representar en forma gráfica, pero también
es posible calcular analíticamente (en forma matemática) su valor o módulo.Representación gráfica de una fuerza Resultante
Para mostrar gráficamente la resultante de un sistema de fuerzas se procede de la siguiente manera:
1) A partir del extremo de la primera fuerza, se representa (se copia o se dibuja) la segunda fuerza con su intensidad, dirección y sentido.
2) El vector que une el origen de la primera fuerza con el final de la segunda fuerza representa, en intensidad, dirección y sentido, la resultante del sistema.
Diferentes sistemas de fuerzasBásicamente existen 3 sistemas:Sistemas de Fuerzas Colineales:Las fuerzas están sobre la misma dirección. En este caso, tenemos dos
situaciones:Sistema de fuerzas que actúan en el mismo sentido.Sistema de fuerzas que actúan en sentido contrario.
Sistemas de Fuerzas ParalelasComo su nombre lo indica, son paralelas y existen métodos para calcular su
Resultante.Pero si van al mismo sentido la Resultante sera la suma de ambas. Si van en
sentido contrario será la resta entre ellas. Sin embargo lo que lleva más trabajo es encontrar el punto de aplicación.
Entonces, dependiendo del sentido, tenemos:Sistema de fuerzas paralelas y en el mismo sentido.Sistema de fuerzas paralelas de sentido contrario.Par de fuerzas.Sistema de Fuerzas Concurrentes angularesSon aquellos sistemas en los cuales hay fuerzas con direcciones distintas pero que se cruzan en un punto determinado,
ya sean sus vectores o sus prolongaciones.Para hallar analíticamente (en forma matemática) la resultante hay que trabajar con las fórmulas de seno, coseno,
tangente y el Teorema de Pitágoras.Respecto a este tipo de fuerzas, veremos los tópicos:Sistema de fuerzas angulares.Torque o Momento de una fuerza.Descomposición de fuerzas.
Por lo general, varias fuerzas actúan sobre un cuerpo.
En la figura, las fuerzas F1 y F2 forman un sistema de fuerzas. Son las componentes del sistema.
La línea punteada es la representación de F2.
La diagonal desde A hasta el final de dicha línea punteada corresponde a la fuerza resultante (R) del sistema.
Aplicación práctica de fuerzas concurrentes angulares.
FUENTE: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Fuerza_concepto.html
Energía es vida: Tipos o formas de energía Todo lo que vemos a nuestro alrededor se mueve o funciona debido a algún tipo o fuente de energía, lo cual nos
demuestra que la energía hace que las cosas sucedan.Si es de día, el Sol nos entrega energía en forma de luz y de calor. Si es de noche, los focos usan energía eléctrica para
iluminar. Si ves pasar un auto, piensa que se mueve gracias a la gasolina, un tipo de energía almacenada. Nuestros cuerpos comen alimentos, que tienen energía almacenada. Usamos esa energía para jugar, estudiar... para vivir.
Desde una perspectiva científica, podemos entender la vida como una compleja serie de transacciones energéticas, en las cuales la energía es transformada de una forma a otra, o transferida de un objeto hacia otro.
Pensemos, por ejemplo, en un duraznero. El árbol absorbe luz —energía— de la radiación solar, convirtiendo la energía luminosa en energía potencial química almacenada en enlaces químicos. Luego utiliza esta energía para producir hojas, ramas y frutos. Cuando un durazno, "lleno" de energía potencial química, se cae del árbol al suelo, su energía de posición (almacenada como energía potencial gravitacional) se transforma en energía cinética, la energía del movimiento, a medida que cae. Cuando el durazno golpea el suelo, la energía cinética se transforma en calor (energía calórica) y sonido (energía acústica). Cuando alguien se come el durazno, ese organismo transforma su energía química almacenada en el movimiento de unos músculos (entre otras cosas)...
Con las máquinas y las fuentes energéticas sucede lo mismo. El motor de un auto, por ejemplo, transforma la gasolina (que contiene energía química almacenada hace mucho tiempo por seres vivos) en calor. Luego transforma ese calor en, por ejemplo, energía cinética.
¿Qué tienen en común todos los ejemplos que hemos dado? Dos cosas: la transformación (de una energía en otra) y la transferencia (la energía pasa de un objeto hacia otro).
El principio crucial y subyacente en estas series de transformaciones de energía (y en todas las transacciones energéticas) es que la energía puede cambiar su forma, pero no puede surgir de la nada o desaparecer . Si sumamos toda la energía que existe después de una transformación energética, siempre terminaremos con la misma cantidad de energía con la que comenzamos, pese a que la forma puede haber cambiado.
Este principio es una de las piedras angulares de la física, y nos permite relacionar muchos y muy diversos fenómenos. ¿En qué se parecen una pelota de fútbol impulsada por una patada, a la llama de una vela? ¿Cómo podemos comparar cualquiera de ellos con un balón de gas, o con el sándwich que te comiste al almuerzo? La energía cinética de la pelota, la energía calórica de la llama, la energía potencial química del gas y el sándwich pueden medirse y ser todas transformadas y expresadas en trabajo, en "hacer que algo suceda". Este es un paso hacia el entendimiento y la comprensión de la unidad esencial de la Naturaleza.
Fuentes energéticasEn la naturaleza existen diversas fuentes de energía; esto es, elementos o medios capaces de producir algún tipo de
energía.Como fuentes, capaces de producir algún tipo de energía, tenemos algunas que se presentan como agotables o no
renovables: el carbón, el petróleo, el gas natural, la fuerza interna de la tierra (fuente geotérmica de energía), los núcleos atómicos (fuente nuclear de energía).
Hay otras fuentes capaces de producir energía y que se presentan como inagotables o renovables: ríos y olas (fuente hidráulica de energía, Ver Energía hidráulica), el sol (fuente solar de energía, Ver Energía solar), el viento (fuente eólica de energía, Ver Energía eólica.), las mareas (fuente mareomotriz de energía, Ver Energía del mar), la biomasa (fuente orgánica de energía).
Cualquiera de estas fuentes es capaz de producir alguno de los diferentes tipos o formas de energía que se conocen.Tipos o formas de energía1.- Energía mecánica.2.- Energía calórica o térmica3.- Energía química.4.- Energía radiante o lumínica5.- Energía eléctrica o electricidad.6.- Energía nuclear.7.- Energía magnética8.- Energía metabólica.Si intentamos una definición de energía, y concordamos en que energía es todo aquello que puede hacer cambiar las
propiedades de la materia, en un continuo de transformaciones, entenderemos por qué se llama energía tanto a las fuentes como a los tipos de ella.
Así, se habla comúnmente de energía hidráulica o hidroeléctrica para referirse a la energía eléctrica que proviene de una fuente hídrica (ríos, embalses y, eventualmente, olas), que son tales debido a la energía mecánica almacenada en las aguas, las cuales al moverse o caer transforman su propia energía potencial en energía cinética.
La energía mecánica es la empleada para hacer mover a otro cuerpo. Ésta se divide a su vez en dos energías: la energía potencial(es la que poseen los cuerpos debido a la posición en que se encuentran, es decir un cuerpo en altura tiene más energía potencial que un cuerpo en la superficie del suelo) y energía cinética (es la que poseen los cuerpos debido a su velocidad).
Un tipo de energía potencial muy conocido es el de la energía potencial hidráulica que es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. En esta categoría podría incluirse también la energía del mar, que se puede obtener del movimiento de sus aguas, ya sea como olas o como mareas. (VerEnergía del mar.) (Ver: Energía eólica)
Energía calórica o térmica: es la que se trasmite entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. El calor es la vibración de moléculas de un cuerpo. La vibración es movimiento. Unos de los fines para que se utiliza la energía calórica es para causar movimiento de diversas máquinas.
El calor es energía en tránsito, que se hace evidente cuando un cuerpo cede calor a otro para igualar las temperaturas de ambos. En este sentido, los cuerpos ceden o ganan calor, pero no lo poseen.
Todo el calor proviene directa o indirectamente del sol.Cuando se aprovecha directamente este calor a través de ingeniosos aparatos que lo almacenan y transforman en algún
tipo de trabajo, se habla de energía solar. (Ver Energía solar)Los procesos físicos por los que se produce la transferencia de calor son la conducción, la radiación y la convección. La
conducción requiere contacto físico entre los cuerpos —o las partes de un cuerpo— que intercambian calor, pero en la radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que haya materia entre ellos. La convección se produce a través del movimiento de un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente. (Ver, además, Energía geotérmica)
La energía química es la que generan los alimentos y los combustibles, o, más exactamente, la contenida en las moléculas químicas y que se desarrolla en una reacción química. Conocemos el resultado del alimento en nuestro cuerpo: desarrollamos energía para realizar diferentes trabajos. La energía procedente del carbón, de la madera, del petróleo y del gas en combustión, hace funcionar motores y proporciona calefacción.
La energía radiante o lumínica es aquella que más frecuentemente vemos en forma de luz y que nos permite ver las cosas alrededor de nosotros. Se propaga en todas las direcciones, se puede reflejar en objetos y puede pasar de un material a otro.
La luz proviene de los cuerpos llamados fuentes o emisores. Llena el Universo, emitida por el Sol y por todas las estrellas que son fuentes luminosas naturales (igual como lo son el fuego y algunos insectos como las luciérnagas). Sobre la Tierra, las plantas verdes se mantienen vivas gracias a la energía radiante del Sol, e incluso la vida de los animales —entre ellos el hombre— depende de esta energía. Además de la luz, las ondas de radio, los rayos X, los rayos ultravioleta, son formas de energía radiante invisibles, utilizadas por el hombre.
Existen también fuentes luminosas artificiales (las ampolletas, los tubos fluorescentes y las linternas).El hombre ha ideado diferentes formas para utilizar la energía luminosa que proviene del sol. Algunas de ellas son los
colectores solares y espejos curvos especiales, que se utilizan en calefacción y para generar energía eléctrica. La energía solar tiene la ventaja de no contaminar.
Energía eléctrica (o electricidad): es la que se produce por el movimiento de electrones a través de un conductor. Se divide a su vez en energía magnética (energía de los imanes), estática y corriente eléctrica.
La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro. Todos los cuerpos presentan esta característica, propia de las partículas que lo forman, pero algunos la transmiten mejor que otros.
Los cuerpos, según su capacidad de trasmitir la electricidad, se clasifican en conductores y aisladores.Conductores son aquellos que dejan pasar la electricidad a través de ellos. Por ejemplo, los metales.Aisladores son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica.Centrales eléctricasSon instalaciones que transforman en energía eléctrica, la energía mecánica que produce una caída de agua (centrales
hidroeléctricas), o energía calórica o térmica, que se produce por la combustión de carbón o gas natural (centrales termoeléctricas).
La energía nuclear o atómica es la que procede del núcleo del átomo, la más poderosa conocida hasta el momento. Se le llama también energía atómica, aunque este término en la actualidad es considerado incorrecto. Esta energía se obtiene de la transformación de la masa de los átomos de uranio, o de otros metales pesados.
Aunque la energía nuclear es la descubierta más recientemente por el hombre, en realidad es la más antigua: la luz del Sol y demás estrellas, proviene de la energía nuclear desarrollada al convertirse el hidrógeno en helio.
Energía magnética: es aquella que está en los imanes y se produce porque los imanes están cargados con cargas de electrones, generalmente positivas. Esto hace que si uno acerca algún cuerpo de metal que sea dador de electrones al imán, el primero seda el electrón y quede cargado con una carga opuesta al imán lo que implica la atracción de los cuerpos.
Hoy se conoce la naturaleza del magnetismo y es posible fabricar potentes imanes de distintos tamaños utilizando el acero. Los mejores están hechos de aleaciones de acero especialmente ideadas para mantener las propiedades magnéticas.
Energía metabólica: es aquella generada por los organismos vivos gracias a procesos químicos de oxidación como producto de los alimentos que ingieren.
