Fuerza, Movimiento y Leyes de Newton: Conceptos Esenciales de Física
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Conceptos Fundamentales de la Física: Fuerza y Movimiento
La Fuerza
La fuerza es toda causa capaz de producir, modificar o impedir un movimiento, así como de deformar un cuerpo. La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton (N), donde 1 kgf (kilogramo-fuerza) equivale aproximadamente a 9,8 N.
Para medir la intensidad de una fuerza se utiliza un dinamómetro, un instrumento basado en la deformación que experimenta un cuerpo elástico al ser sometido a la acción de una fuerza.
Tipos de Fuerza
Las fuerzas se manifiestan de diversas maneras:
- Fuerzas de contacto directo: Se ejercen cuando existe un contacto físico entre los cuerpos.
- Fuerzas a distancia: Se ejercen sin necesidad de contacto físico (ej. gravedad, fuerzas magnéticas).
- Fuerzas de interacción entre cargas eléctricas: Fuerzas electrostáticas.
Leyes de Newton del Movimiento
Las tres leyes de Newton son principios fundamentales que describen el movimiento de los cuerpos:
Primera Ley de Newton: El Principio de Inercia
Todo cuerpo conserva indefinidamente su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si sobre él no actúa ninguna fuerza neta, o si las fuerzas que se le aplican tienen una resultante nula.
Segunda Ley de Newton: El Principio Fundamental de la Dinámica (Masa)
La aceleración (a) que adquiere un cuerpo por la acción de una fuerza neta (F) es directamente proporcional a la intensidad de dicha fuerza e inversamente proporcional a su masa (m). Se expresa mediante la fórmula: F = m · a (o a = F/m).
Tercera Ley de Newton: El Principio de Acción y Reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), este reacciona con otra fuerza de igual intensidad, la misma dirección y sentido opuesto (reacción).
El Movimiento
Un objeto está en movimiento cuando cambia de posición con respecto a un punto fijo o a un sistema de referencia a medida que transcurre el tiempo.
Movimiento Variado
A diferencia del movimiento rectilíneo uniforme (donde la velocidad es constante), en la mayoría de las situaciones reales los movimientos no son rectilíneos y uniformes, sino que experimentan variaciones en su velocidad. Por lo tanto, un movimiento variado es aquel cuya velocidad no es constante.
La Aceleración
La aceleración es la magnitud física que mide la tasa de cambio de la velocidad de un movimiento en la unidad de tiempo. Se puede decir que la aceleración es la variación de la velocidad de un movimiento en la unidad de tiempo, y su valor resulta del cociente entre la variación de la velocidad y el tiempo empleado en dicha variación.
Nota: La definición de velocidad "la velocidad de un móvil es igual al cociente entre el espacio recorrido y el tiempo empleado en recorrerl") es correcta, pero estaba fuera de contexto en el original, se ha reubicado implícitamente al definir aceleración como cambio de velocidad.
Movimiento Uniformemente Variado (MUV)
Es aquel movimiento en el que, en tiempos iguales, el cuerpo experimenta variaciones idénticas en su velocidad. La variación de la velocidad en un movimiento uniformemente variado es directamente proporcional al tiempo, si la trayectoria es rectilínea. Según que el módulo de la velocidad se incremente o disminuya, el movimiento puede ser acelerado o desacelerado.
Movimientos Verticales y la Gravedad
Los Movimientos Verticales
Cuando se suelta una piedra, su velocidad aumenta a medida que desciende. En cambio, si la lanzamos hacia arriba, la piedra se va frenando hasta que se detiene e invierte su movimiento. Esto se debe a la fuerza de gravedad, una fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre los cuerpos y que determina su peso.
La Caída Libre
En el vacío, todos los cuerpos caen con la misma aceleración, independientemente de su masa. El movimiento de caída de un cuerpo sin la presencia de resistencia del aire se denomina caída libre.
La Aceleración de la Gravedad (g)
Dado que la caída libre de todos los cuerpos es un movimiento uniformemente acelerado y con la misma variación de velocidad, se deduce que en el vacío todos los cuerpos caen con la misma aceleración. Esta aceleración, conocida como aceleración de la gravedad (g), es provocada por la atracción gravitatoria terrestre y su valor aproximado en la superficie terrestre es de 9.8 m/s².