Conceptos Fundamentales de Física: Fuerzas, Dinámica y Electrostática

Conceptos Fundamentales de la Fuerza

Fuerza: es toda causa que tiene como efecto bien cambios en el estado de movimiento de un sistema material o bien una deformación de este.

• Unidad: Newton (N).

Clasificación de los cuerpos según su deformación

• Rígidos: no se deforman.
• Plásticos: se deforman y no recuperan su forma inicial.
• Elásticos: se deforman y sí recuperan su forma inicial.

Representación y Dinámica

Representación de fuerzas: se realiza mediante un vector, el cual posee intensidad, sentido y dirección.

Fuerza neta: es la suma de todas las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo.

Sistema de referencia: punto llamado "origen del sistema" junto con la forma de localizar un objeto respecto a él.

Cinemática: Posición y Movimiento

Posición y trayectoria: la trayectoria es la línea que resulta de unir las sucesivas posiciones que ocupa un cuerpo durante su movimiento.

Espacio recorrido: es la distancia medida sobre la trayectoria que separa el punto inicial del punto final.

• Unidad: metros (m).

Velocidad: es la rapidez con la que se describe un movimiento.

V_media = e / t (m/s)

Aceleración: es la variación de la velocidad en un tiempo determinado.

a = ΔV / ΔT = (V₂ - V₁) / (T₂ - T₁)

Leyes de Deformación y Tipos de Fuerzas

Deformación elástica: al aplicar una fuerza sobre un cuerpo, este se deforma y recupera su forma original al cesar la fuerza.

Ley de Hooke: la deformación que experimenta un sistema elástico es proporcional a la fuerza que se ejerce sobre él.

F = K · ΔL (L - L₀)

Tipos de fuerzas:

• Electromagnéticas: debidas a la carga eléctrica.
• Gravitatorias: debidas a la masa.
• Nucleares: relacionadas con la radiactividad.
• Fuerzas de contacto: por contacto entre cuerpos.
• Fuerzas a distancia: actúan sin tocarse.

Fuerza de rozamiento: es una fuerza electromagnética por contacto que se manifiesta cuando un cuerpo se desliza sobre otro. Tiene la misma dirección del movimiento pero en sentido opuesto; su intensidad depende de la presión entre las superficies.

Fuerza peso: es la medida de la fuerza de gravedad ejercida sobre un objeto.

Electrización de la Materia

Electrización de la materia: fenómeno por el cual un cuerpo adquiere propiedades eléctricas.

Evolución Histórica

• William Gilbert: estudió de modo sistemático los fenómenos eléctricos y clasificó los materiales en eléctricos y aneléctricos.
• Charles du Fay: propuso la existencia de dos tipos de electricidad: vítrea (por frotamiento de vidrio y seda) y resinosa (ámbar y piel animal).
• Benjamin Franklin: propuso la existencia de un fluido eléctrico que pasa de un cuerpo a otro; denominó positiva a la vítrea y negativa a la resinosa.

Formas de Electrización

• Frotamiento: al frotar un cuerpo con otro, los dos quedan electrizados: uno con carga positiva y otro con negativa.
• Electrización por contacto: consiste en electrizar un cuerpo tocándolo con otro previamente electrizado.
• Electrización por inducción: consiste en electrizar un cuerpo (inducido) acercándole otro previamente electrizado (inductor) sin que exista contacto.

Diferencias entre las formas de electrización

Por frotamiento, uno de los cuerpos adquiere electricidad positiva y el otro negativa, a diferencia de los otros métodos. En el contacto, los dos cuerpos, al adquirir cargas del mismo signo, tienden a repelerse.

Propiedades y Almacenamiento

La electricidad se puede almacenar en la llamada botella de Leyden. Un cuerpo metálico solo se electriza en su superficie, fenómeno demostrado por la jaula de Faraday.

Carga Eléctrica

Es una propiedad intrínseca de las partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y de repulsión.

• Unidad: La unidad de carga eléctrica (Qe) en el Sistema Internacional es el Culombio (C).
• Carga elemental: -1,602 · 10⁻¹⁹ culombios.
• Equivalencia: Un culombio equivale a 6,24 · 10¹⁸ cargas eléctricas elementales.

Carga neta: es la diferencia entre el número de protones y el número de electrones en el interior de un cuerpo.

Ley de Conservación: en un sistema aislado, la carga eléctrica neta permanece constante.

Ley de Coulomb

• La fuerza depende del medio en el que se encuentran; la fuerza es máxima en el vacío.
• Estudia los cuerpos con carga neta mediante la balanza de torsión.
• La interacción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas.
• La fuerza de atracción y la fuerza de repulsión son directamente proporcionales al valor de las cargas (a más carga eléctrica, más fuerza).

F = K · Q₁ · Q₂ / d²

Magnetismo

Magnetismo: es la propiedad de ciertos materiales, llamados imanes, de atraer a determinados metales.