Fundamentos de Física: Fuerzas, Movimiento y Energía Mecánica

Ciencias Naturales

1. Fuerzas y sus efectos

Las fuerzas, al estar aplicadas sobre un cuerpo, producen cambios en la posición y la velocidad. En cuanto a la forma, estos cambios se denominan deformación y existen tres tipos principales:

• Frágil: El cuerpo se rompe al aplicar la fuerza.
• Plástica: El cuerpo no recupera su forma original tras la deformación.
• Elástica: El cuerpo recupera su forma original una vez cesa la fuerza.

Las fuerzas se representan por medio de vectores, que son flechas situadas en un eje de coordenadas. Con ellos definimos matemáticamente el punto de aplicación, la intensidad, la dirección y el sentido de una fuerza.

2. Dinámica y equilibrio

Las fuerzas presentan equilibrio cuando la sumatoria de fuerzas (ΣF) es igual a 0, lo que implica que no hay movimiento. Por el contrario, no hay equilibrio cuando ΣF es distinto de 0; en este caso, sí existe movimiento. Esta es la única fuerza resultante que produce cambios de posición y de velocidad con respecto al tiempo de aceleración.

Su fórmula fundamental es:

F = m · a

Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el Newton (N), donde: 1 N = 1 kg · 1 m/s².

3. Representación y operaciones vectoriales

Las fuerzas son magnitudes cuyos efectos dependen de la dirección en la que actúan y del punto de aplicación. Para representarlas, utilizamos vectores con los que podemos realizar operaciones como la suma, la resta, la descomposición o la multiplicación por un número.

4. Efectos de las fuerzas en el espacio y el tiempo

Las fuerzas producen cambios en la forma o deformaciones, así como cambios en:

• Posición en el tiempo: Respecto a un sistema de referencia que consideramos fijo, formado por un eje de coordenadas.
• Movimiento en el tiempo: Posee las siguientes características:
  • Trayectoria: Sucesivas posiciones del móvil durante su recorrido.
  • Distancia recorrida: Longitud total de la trayectoria.
  • Desplazamiento: Longitud de la trayectoria medida en línea recta desde el punto inicial al final.

5. El Movimiento y sus tipos

El movimiento se produce cuando un móvil recorre un espacio (m) en un determinado tiempo (s). Su relación nos indica la rapidez (m/s), cuya fórmula es v = e / t. Al añadir dirección y sentido a esta magnitud, obtenemos la velocidad.

Existen dos tipos principales de movimiento:

• Curvilíneo: El móvil describe una curva.
• Rectilíneo: El móvil se desplaza en línea recta. De este existen dos variantes:
  • Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU): Donde la velocidad es constante y no cambia.
  • Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA): Donde la velocidad varía. Si aumenta, se considera acelerado; si disminuye, se considera frenado.

6. Fórmulas fundamentales

• v = e / t (Velocidad)
• e = v · t (Espacio o distancia)
• t = e / v (Tiempo)

7. Energías

La Energía Mecánica puede manifestarse de dos maneras fundamentales:

• Energía Cinética (Ec): Es la energía asociada al movimiento. Su fórmula es: Ec = ½ m · v²
• Energía Potencial (Ep): Es la energía asociada a la posición o altura de un cuerpo. Su fórmula es: Ep = m · g · h