Fundamentos de las Fuerzas Físicas: Gravitatoria, Eléctrica y Magnética

Peso y Ley de Gravitación Universal

El peso (P) de un cuerpo es la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre él. Su magnitud se calcula mediante la expresión: P (N) = m (kg) · g (9,8 m/s²).

Según la Ley de Gravitación Universal, dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:

F = G · (m₁ · m₂) / d²

Donde G es la Constante de Gravitación Universal (6,67 · 10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²). Las características de esta fuerza son:

1. Son siempre atractivas.
2. Todos los cuerpos con masa se someten a ella.
3. La dirección se determina por la recta que une los centros de gravedad.
4. La intensidad se calcula con la Ley de Gravitación Universal.

Fuerza de Rozamiento

La fuerza de rozamiento (F_r) es aquella fuerza que se opone al movimiento y que aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos. Sus propiedades principales son:

• Es paralela a la superficie de contacto.
• En superficies más lisas, menor será la fuerza de rozamiento.
• La fuerza de rozamiento que se opone al inicio de un movimiento es mayor que la fuerza que existe cuando el cuerpo ya está en movimiento.

Se calcula como: F_r (N) = μ (coeficiente de rozamiento) · N (fuerza normal, N). En superficies horizontales, N = P = m · g.

Electrización y Cargas Eléctricas

La electrización es el fenómeno por el cual los cuerpos adquieren carga eléctrica. Existen tres métodos principales:

1. Frotamiento: por el paso de electrones de un cuerpo a otro.
2. Contacto: por el paso de carga al tocarse los cuerpos.
3. Inducción: por la redistribución de cargas sin contacto directo.

Clases de Cargas

• Positiva (+): como la de una varilla de vidrio frotada con seda.
• Negativa (-): como la de una varilla de plástico frotada con lana.

Los cuerpos con cargas del mismo signo se repelen y los de distinto signo se atraen. La magnitud de la carga eléctrica se simboliza con la letra Q y su unidad es el Culombio (C). Submúltiplos comunes:

• miliC (mC): 10⁻³ C
• microC (μC): 10⁻⁶ C
• nanoC (nC): 10⁻⁹ C
• picoC (pC): 10⁻¹² C

Fuerza Eléctrica y Ley de Coulomb

Las fuerzas eléctricas son las fuerzas atractivas o repulsivas que aparecen entre los cuerpos con cargas eléctricas. La intensidad de la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

F (N) = K · (Q₁ · Q₂) / d²

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es la región del espacio que rodea a una carga en la que se manifiestan fuerzas sobre otra carga introducida en ella. Las líneas de fuerza representan el camino que seguiría una carga positiva al introducirse en el campo.

La intensidad del campo eléctrico (E) en un punto del espacio es la fuerza que experimenta la unidad de carga positiva colocada en dicho punto: E (N/C) = F (N) / Q (C).

Magnetismo e Imanes

Las fuerzas magnéticas son las fuerzas que ejercen los imanes o las cargas eléctricas en movimiento. Existen:

• Imanes naturales: presentan magnetismo de forma natural.
• Imanes artificiales: se magnetizan mediante un proceso de imantación.

Propiedades de los Imanes

1. Atraen a los materiales ferromagnéticos.
2. Poseen un polo norte (N) y un polo sur (S).
3. Tienen fuerzas magnéticas atractivas (polos opuestos) o repulsivas (polos iguales).
4. Los polos no se separan en ningún caso; si se rompe un imán, se obtienen dos imanes nuevos.

Campo Magnético

Es la región del espacio que rodea a un imán en la cual se ponen de manifiesto fuerzas magnéticas sobre otros cuerpos. Las líneas de fuerza son líneas cerradas que van del polo sur al norte por el interior del imán, y del polo norte al sur por el exterior.