Fuerzas Fundamentales en Física: Gravitación, Rozamiento y Leyes Clave
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Conceptos Fundamentales de Fuerzas
La física estudia diversas fuerzas que rigen el universo. Entre las más importantes se encuentran la fuerza gravitatoria, la fuerza de rozamiento y las fuerzas electrostáticas, regidas por leyes fundamentales como la Ley de Gravitación Universal, las Leyes de Newton y la Ley de Coulomb.
La Fuerza Gravitatoria
La fuerza gravitatoria que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos próximos a ella hace que caigan a su superficie.
Ley de Gravitación Universal
Entre dos cuerpos cualesquiera existe una fuerza de atracción que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:
F = G · m₁ · m₂ / r²
Esta fuerza gravitatoria es una de las fuerzas presentes en la naturaleza. Los elementos que la definen son:
- Punto de aplicación: Donde actúa la fuerza.
- Dirección: La línea a lo largo de la cual actúa la fuerza.
- Sentido: Hacia dónde apunta la fuerza (atracción en este caso).
- Intensidad o valor numérico: La magnitud de la fuerza.
El Peso de un Cuerpo
El peso de un cuerpo es la fuerza con la que la Tierra lo atrae. Como toda fuerza, se mide con un dinamómetro y se expresa en newtons (N).
Aceleración de la Gravedad
La aceleración debida a la gravedad en la superficie terrestre es aproximadamente g = 9,8 m/s².
Elementos de la Fuerza Peso
Los elementos de la fuerza peso son:
- Punto de aplicación: El centro de gravedad del cuerpo.
- Dirección y sentido: Hacia el centro de la Tierra.
- Valor numérico o intensidad: P = m · g (masa por aceleración de la gravedad).
La Fuerza Gravitatoria y la Caída de los Cuerpos
Este movimiento de caída libre de los cuerpos es rectilíneo y acelerado, porque sobre ellos actúa una única fuerza en la misma dirección del movimiento: la fuerza de atracción gravitatoria.
Galileo fue el primer científico en demostrar que, si despreciamos la resistencia que ofrece el aire, todos los cuerpos caen hacia la Tierra con la misma aceleración.
La Fuerza de Rozamiento
Se cumple porque sobre la pelota ha actuado una fuerza que hasta ahora no habíamos tenido en cuenta: la fuerza de rozamiento.
La fuerza de rozamiento, Fr, es una fuerza que se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos y que se opone al deslizamiento de uno sobre el otro.
Como toda fuerza, la de rozamiento se representa mediante:
- Su punto de aplicación: Centro de gravedad del cuerpo.
- Su dirección: Paralela a las superficies que están en contacto.
- Su sentido: Opuesto al del movimiento o a la tendencia al movimiento.
La Primera Ley de Newton
Todo cuerpo permanece en reposo o con movimiento rectilíneo y velocidad constante si sobre él no actúa ninguna fuerza. A esta propiedad de los cuerpos se llama “inercia”.
La inercia es la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o de movimiento.
Fuerzas entre Cargas Eléctricas
Las cargas del mismo signo se repelen: fuerza de repulsión.
Las cargas de distinto signo se atraen: se origina una fuerza de atracción.
Ley de Coulomb
La fuerza de atracción o repulsión ejercida entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de dichas cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La dirección de estas fuerzas es la recta que une las cargas:
F = k · Q₁ · Q₂ / r²
Donde:
- Q₁ y Q₂ son las cargas eléctricas.
- r es la distancia que las separa (en metros).
- k es la constante de proporcionalidad (constante de Coulomb).
- F es la fuerza resultante (en Newtons, N).