Explorando las Fuerzas: Conceptos, Tipos y Efectos en la Física

Las Fuerzas y sus Efectos

Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de producirle una deformación. La Unidad de Fuerza en el SI es el Newton.

Las fuerzas tienen un nombre según las causas que las originan:

• Peso: se debe a la interacción entre un cuerpo cualquiera y la Tierra.
• Fuerza Elástica: es la fuerza de recuperación de un muelle cuando lo estiramos.
• Fuerza Magnética: es la fuerza causada por la interacción entre un trozo de hierro y un imán.

Hay Fuerzas de contacto y fuerzas a distancia y Fuerzas Fundamentales del Universo.

Fuerzas y Deformaciones de los Cuerpos

Podemos clasificar los materiales según responden ante las fuerzas, de la siguiente manera:

• Rígidos: No se modifica la forma cuando actúa sobre ellos una fuerza.
• Elásticos: Recuperan la forma original cuando deja de actuar la fuerza que los deforma.
• Plásticos: Al cesar la fuerza que los deforma, los materiales no recuperan la forma primitiva y quedan deformados permanentemente.

La elasticidad es una propiedad de la materia que permite a los cuerpos deformarse cuando están sometidos a una fuerza y recuperan la forma inicial cuando la causa de la deformación desaparece.

Ley de Hooke

Esta expresión es conocida como la Ley de Hooke y se puede enunciar así: La deformación de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que lo produce: fuerza entre alargamiento nos da la constante elástica.

El Vector de la Fuerza

Las magnitudes escalares son aquellas que quedan claramente especificadas mediante la indicación de su valor y la unidad en que se expresan. Aquellas magnitudes que para su determinación además de su valor numérico requiere que se asigne una dirección y un sentido se llaman magnitudes vectoriales. Estas magnitudes se representan mediante vectores, que son segmentos rectilíneos con un origen y un extremo terminado en punta de flecha y que constan de los siguientes elementos:

• Intensidad: es el valor numérico o módulo del vector. Indica su longitud.
• Dirección: es dada por la recta que soporta el vector.
• Sentido: toda dirección tiene dos sentidos opuestos. La punta de la flecha señala el sentido correspondiente al vector.
• Punto de Aplicación: es el punto desde donde arranca el vector. En el caso del vector Fuerza es el lugar donde se aplica ésta.

Equilibrio de las Fuerzas

Sistema de Fuerzas: son diversas las fuerzas que actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo. Cada una de estas fuerzas es un componente del sistema.

Fuerza resultante: aquella que puede remplazar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, y producen el mismo efecto. Un cuerpo rígido está en equilibrio cuando está en reposo o cuando se mueve con un movimiento rectilíneo y uniforme.

Composición de las Fuerzas

• Fuerzas de igual dirección y sentido: La resultante tiene esa misma dirección y ese mismo sentido, y su intensidad es la suma de las intensidades.
• Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario: Su módulo será la diferencia de los módulos de las fuerzas componentes.
• Fuerzas concurrentes: Las fuerzas concurrentes son aquellas que se cortan. Se calcula aplicando la regla del Paralelogramo. Si las dos fuerzas concurrentes tienen direcciones perpendiculares, el módulo de la resultante se puede calcular aplicando el teorema de Pitágoras.

Descomposición de Fuerzas

Cualquier fuerza física podemos descomponerla en la suma de dos fuerzas. Si elegimos dos direcciones perpendiculares (X, Y), cada componente se determina construyendo la proyección perpendicular del vector que representa la fuerza sobre la dirección correspondiente: Regla del paralelogramo:

Máquinas Simples

• Palanca: hay tres tipos de palancas:
  • 1º género: tienen el punto de apoyo entre la fuerza motriz y la resistencia.
  • 2º género: tienen la resistencia entre el fulcro y la fuerza motriz.
  • 3º género: la fuerza motriz está entre el fulcro y la resistencia.
• Torno: el torno consiste en un cilindro que puede girar alrededor de su eje, en el que está enrollada una cuerda.
• Plano inclinado: es una superficie plana, que forma cierto ángulo con la horizontal.
• Polea:
  • Fija: cuelga de un punto fijo y se comporta igual que una palanca de brazos iguales, en la que el fulcro se encuentra en el eje de giro.
  • Móvil: Es una polea que se desplaza verticalmente.
  • Asociación de poleas, polipasto: sirve para levantar grandes pesos, el polipasto más sencillo, que consta de una polea fija y una móvil, recibe el nombre de aparejo.