Conceptos Fundamentales de la Fuerza en Física

Unidades de Fuerza

Existen diversas unidades para medir la fuerza. Las más comunes son:

• Kilogramo fuerza (kgf o kp): Es una unidad de fuerza no perteneciente al Sistema Internacional (SI). Equivale aproximadamente a la fuerza que ejerce la gravedad terrestre sobre una masa de 1 kilogramo. Su valor varía ligeramente según la latitud y altitud, pero convencionalmente se define como 9,80665 N.
• Newton (N): Es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional (SI) y en el SIMELA. Se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.

Relación aproximada entre unidades:

• 1 kgf ≈ 9,8 N
• 1 N ≈ 0,102 kgf

Medición de la Intensidad de una Fuerza

La intensidad de una fuerza se mide utilizando un dinamómetro. Este instrumento se basa en la propiedad de deformación que experimenta un cuerpo elástico (como una banda de goma, un resorte o una lámina de acero) al ser sometido a la acción de una fuerza. La magnitud de la deformación es proporcional a la intensidad de la fuerza aplicada (dentro del límite elástico del material).

Tipos de Fuerza

Las fuerzas se pueden clasificar en dos categorías principales según si requieren o no contacto directo entre los cuerpos:

• Fuerzas por contacto
• Fuerzas a distancia

Fuerzas por Contacto

Estas fuerzas actúan cuando los cuerpos interactúan mediante contacto físico directo. Algunos ejemplos son:

• Fuerzas normales o de vínculo
• Fuerzas de fricción o de rozamiento
• Fuerzas elásticas

Fuerzas Normales o de Vínculo

Cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie, como un libro sobre una mesa, actúan sobre él varias fuerzas. La fuerza de gravedad de la Tierra actúa sobre el libro, dándole su peso y empujándolo hacia abajo. La superficie de apoyo (la mesa) reacciona oponiéndose a que el cuerpo la atraviese, ejerciendo una fuerza perpendicular a la superficie y hacia arriba. Esta fuerza, de igual intensidad y dirección opuesta al componente del peso perpendicular a la superficie, se denomina fuerza normal o de vínculo.

Fuerzas de Fricción o de Rozamiento

Cuando un cuerpo se desliza o intenta deslizarse sobre otro, aparece una fuerza que se opone a este movimiento relativo. Esta fuerza, paralela a la superficie de contacto, se denomina fuerza de fricción o de rozamiento. Es ocasionada por la interacción entre las irregularidades microscópicas de las superficies en contacto y la interacción con el medio circundante.

Fuerzas Elásticas

Las fuerzas elásticas surgen en cuerpos que tienen la propiedad de elasticidad, como resortes o bandas de goma. Cuando se aplica una fuerza externa que deforma el cuerpo elástico (comprimiéndolo o estirándolo), este ejerce una fuerza interna que tiende a restaurar su forma original. Si comprimimos un resorte, aplicamos una fuerza hacia adentro, y el resorte ejerce una fuerza elástica hacia afuera. Si lo estiramos, aplicamos una fuerza hacia afuera, y el resorte ejerce una fuerza elástica hacia adentro. En ambos casos, al cesar la fuerza externa (siempre que no se supere el límite elástico), el cuerpo recupera su forma inicial.

Fuerzas a Distancia

Estas fuerzas manifiestan su acción sin necesidad de contacto directo entre los cuerpos. Son ejercidas a cierta distancia a través de la influencia de campos físicos, como el campo gravitatorio, el campo eléctrico o el campo magnético.

El Campo Gravitatorio y la Fuerza de Gravedad

Si sostenemos un objeto con las manos, percibimos que algo lo atrae hacia abajo. Al soltarlo, cae describiendo una línea vertical hacia el centro de la Tierra. Este fenómeno ocurre con todos los cuerpos que poseen masa. El espacio que rodea a la Tierra (o a cualquier cuerpo con masa) en el que se manifiesta esta fuerza de atracción mutua se denomina campo gravitatorio. La fuerza que experimenta un cuerpo dentro de este campo es la fuerza de gravedad.

El Campo Electrostático y las Fuerzas Eléctricas

Los cuerpos cargados eléctricamente interactúan entre sí sin necesidad de contacto. Un objeto con carga positiva es atraído por uno con carga negativa, mientras que es repelido por otro con carga positiva. En general, se producen fenómenos de repulsión cuando las cargas son del mismo signo y de atracción cuando son de signos opuestos. El espacio que rodea a un cuerpo cargado eléctricamente, donde se manifiesta esta interacción, se denomina campo electrostático. Las fuerzas que actúan entre cargas se llaman fuerzas eléctricas.

El Campo Magnético y las Fuerzas Magnéticas

Los imanes y las corrientes eléctricas generan campos magnéticos. Estos campos ejercen fuerzas sobre otros imanes, materiales ferromagnéticos (como el hierro, el cobalto, el níquel) o cargas en movimiento. En los imanes, las fuerzas magnéticas se manifiestan principalmente en los extremos, denominados polos (norte y sur). La parte central del imán, donde la fuerza magnética es mínima, se denomina zona neutra.