Les Forces i la Pressió en Física: Conceptes i Càlculs

Què és una força i quins efectes té?

Una força és qualsevol acció que, en aplicar-la sobre un cos, pot aconseguir dos efectes:

• Estàtic: deforma el cos.
• Dinàmic: accelera o frena el moviment.

Representació i mesura de les forces

El vector

Un vector és la representació d'una força i es defineix per:

• Mòdul: la quantitat de força.
• Direcció: la línia d'acció.
• Sentit: indicat per la fletxa.

El dinamòmetre

El dinamòmetre és l'aparell utilitzat per mesurar forces. Els seus paràmetres són:

• Rang: interval entre els valors mínims i els màxims de la força que es pot mesurar.
• Precisió: la quantitat més petita que pot mesurar.

Tipus de forces i naturalesa dels cossos

Classificació de les forces

Forces de contacte: l'objecte que exerceix la força toca l'objecte sobre el qual actua. Exemples: forces que estiren, que empenyen o que deformen.

Forces a distància: l'objecte que fa la força no toca l'objecte sobre el qual actua. Exemple: la força pes, que fa que una pilota caigui.

Tipus de cossos segons la seva deformació

• Rígids: no es deformen per l'acció d'una força. Exemple: una moneda.
• Elàstics: es deformen però recuperen la seva forma original. Exemple: una molla.
• Plàstics: es deformen i no recuperen la seva forma original. Exemple: el fang.

Lleis físiques i càlcul vectorial

Llei de Hooke

La fórmula de la Llei de Hooke és: F = k · ΔL.

Suma de forces

• Igual direcció: les forces se sumen. Exemple: 3 + 5 = 8 N.
• Diferent direcció: s'aplica el teorema de Pitàgores (arrel quadrada de la suma dels quadrats dels dos valors).

Forces específiques en la mecànica

• Força de tensió: força suportada per un cable o corda quan un cos l'estira o en penja.
• Força normal: força exercida per una superfície sobre els cossos que hi estan recolzats. Exemple: 300 = N.
• Força de fregament: força que s'oposa al moviment. La sorra genera més fregament, mentre que la neu en genera menys.

Màquines simples i palanques

Màquines simples

• Roda: serveix per disminuir el fregament.
• Politja: permet treballar en una posició correcta.
• Politja mòbil: permet fer menys força.
• Pla inclinat: permet fer menys força.

Tipus de palanques

• 1r grau: el fulcre es troba al mig o al principi, la força al principi i la resistència al final.
• 2n grau: el fulcre es troba al principi, la força al final i la resistència al mig.
• 3r grau: el fulcre es troba al final, la resistència al final i la força a prop del fulcre.

Distància 1: del fulcre a la força. Distància 2: de la resistència a la força.

La pressió: Concepte i unitats

La pressió és la força que actua sobre una unitat de superfície. La fórmula és: P = F / S (N/m²).

Exemple de càlcul de pressió

Per calcular la pressió d'una capsa de dimensions 7 cm i 5 cm amb una massa (m) de 10 kg:

P = F / S = (m · g) / (0,07 · 0,05) = (10 · 9,8) / (0,07 · 0,05) = 28.000 Pa.

Equivalències d'unitats

• 1 atm = 101.300 Pa
• 1 bar = 100.000 Pa
• 1 atm = 760 mmHg