Glosario Esencial de Física: Fuerzas y sus Efectos
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Conceptos Fundamentales de Física
Fuerza
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio del momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, la fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.
Peso
El peso es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. Equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo.
Fuerza Normal
En física, la fuerza normal (Fn) se define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre ella. Esta fuerza es de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie.
Fuerza de Rozamiento (Fricción)
La fuerza de rozamiento (o fricción) es la fuerza que existe entre dos superficies ásperas en contacto y que se opone al deslizamiento. Se genera debido a las imperfecciones, en su mayoría microscópicas, entre las superficies en contacto.
Tensión
La tensión es la fuerza que ejerce una cuerda tensa sobre el cuerpo que está unido a su extremo. Su dirección es paralela a la cuerda y su sentido es desde el cuerpo hacia la cuerda. Su módulo varía de acuerdo con la situación. Ejemplo: la tensión de una cuerda de guitarra determina las características del sonido que emite.
Empuje
El empuje es la fuerza que ejerce un fluido (líquido o gaseoso) sobre los cuerpos total o parcialmente sumergidos en él. Su dirección es vertical, el sentido es hacia arriba y su módulo es directamente proporcional a la densidad del fluido y al volumen sumergido del cuerpo. Ejemplo: la fuerza de empuje la realiza el agua sobre una boya, permitiendo que esta flote.
Inercia y Leyes de Newton
La inercia es la propiedad de los cuerpos de resistirse a cambiar su estado de movimiento o reposo.
Primera Ley de Newton (Ley de Inercia)
- Si la fuerza neta (Fn) sobre un cuerpo es 0:
- Si el cuerpo está en reposo, permanecerá en reposo.
- Si el cuerpo está en movimiento, continuará moviéndose con Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU), es decir, a velocidad constante y en línea recta.
Segunda Ley de Newton
La relación entre fuerza, masa y aceleración se expresa como:
- Fuerza Neta (Fn) = masa (m) × aceleración (a)
- De donde se deriva: aceleración (a) = Fuerza Neta (Fn) / masa (m)
Equilibrio
Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando la fuerza neta y el torque neto sobre él son cero.
Tipos de Equilibrio
- Equilibrio de Traslación: Ocurre cuando la fuerza neta (Fn) que actúa sobre el cuerpo es igual a cero (ΣF = 0).
- Equilibrio de Rotación: Ocurre cuando el torque neto (τn) que actúa sobre el cuerpo es igual a cero (Στ = 0). El torque (τ) se define como el producto de la fuerza (f) por la distancia (d) al punto de giro (τ = f × d).
Fuerza Neta
La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre una partícula o un cuerpo. Es una fuerza única que reemplaza el efecto de las fuerzas originales sobre el movimiento de la partícula.
Sistema de Fuerzas
Cuando existe más de una fuerza actuando sobre un cuerpo, se denomina sistema de fuerzas. Cada una de las fuerzas actuantes recibe el nombre de componente del sistema.
Características Clave de un Sistema de Fuerzas
- Varias fuerzas que actúan simultáneamente sobre un cuerpo forman un sistema de fuerzas.
- Cada fuerza individual dentro del sistema se denomina componente.
- Todos los componentes de un sistema de fuerzas pueden ser sustituidos por una única fuerza, llamada fuerza neta, que producirá el mismo efecto sobre el movimiento del cuerpo que todas las fuerzas actuando a la vez.
Concepto de Reposo
En física, el reposo es el estado de la materia en el que un cuerpo no se mueve. Se puede dividir en:
- Reposo relativo
- Reposo permanente
Cinemática
La cinemática es la rama de la física que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo producen (fuerzas). Se enfoca en describir el movimiento en términos de posición, velocidad y aceleración, a menudo utilizando sistemas de coordenadas para registrar los valores de estas magnitudes.