Fuerzas

Capítulo 03) Fuerzas


A) Definición de Fuerzas

La primera noción que se tiene de fuerza es la actividad muscular. Se dice que, por ejemplo, el levantador de pesas capaz de levantar 120 [kg] es “fuerte” o “tiene mucha fuerza”

Se denomina fuerza a cualquier causa o agente físico que produce
• Cambios en el estado de movimiento
• Deformación de los objetos
• Equilibrio opérdida de equilibrio

Los objetos no tienen fuerza por sí solos, por lo que la fuerza no es una propiedad intrínseca de los cuerpos. Para que exista una fuerza tienen que existir al menos dos agentes que interactúan entre sí: uno que aplica la fuerza y otro que la recibe. Se habla de “la fuerza que actúa sobre un objeto y que produce efectos en él” ó “la fuerza ejercida por un objeto sobre otro”.Fuerzas de contacto y de campo

Existen dos tipos de fuerzas (ver figura 2):
• Las fuerzas de contacto, en las cuales se requiere contacto físico directo. Ejemplos: fuerza elástica, tensión, normal, roce, etc.
• Las fuerzas de campo o de distancia, en las cuales no existe contacto físico directo, sino que se produce una interacción a distancia a través de un campo generado por loscuerpos implicados. Las tres fuerzas más conocidas de este tipo son: la fuerza gravitacional (relacionada con el peso), la fuerza eléctrica y la fuerza magnética.

Medición de Fuerzas

Vamos a medir fuerza y definir unidades de fuerza a partir de uno de sus efectos más comunes: la adquisición de aceleración. Para ello vamos a usar el tercer principio de Newton (que será explicadoposteriormente): Considere un cuerpo de masa m sobre superficie lisa (sin roce), al cual se le aplica una fuerza F, adquiriendo una aceleración a. Se cumple que:

[pic]

Definiendo las unidades

• Sistema MKS: Si se aplica una fuerza a un cuerpo de 1[kg] de masa, de modo que este adquiera una aceleración de 1 [m/s2], la fuerza aplicada corresponde a 1 Newton (1 [N] = 1 [kg·m/s2]).

• SistemaCGS: Si se aplica una fuerza a un cuerpo de 1[g] de masa, de modo que este adquiera una aceleración de 1 [cm/s2], la fuerza aplicada corresponde a 1 Dyna (1 [Dy] = 1 [g·cm/s2]). [pic]

• Sistema Técnico Métrico: El kilopondio o kilopeso ([kp], [kgf], [kgp], [pic]). [pic]

Uno de los instrumentos más conocidos para medir fuerzas es el dinamómetro (ver figura 4), que consiste en un ganchoadherido a un resorte en el cual se cuelga el cuerpo al que se le quiere medir la fuerza.

Masa v/s Peso

Tal como se mencionó en el capítulo anterior, existe un abuso conceptual en el que hasta los físicos suelen caer: confundir “masa” con “peso”. Ambos conceptos son conceptualmente diferentes, aunque relacionados, pues P = M ·g, donde P es la magnitud del peso, g es la aceleración de gravedad y Mes la masa. En la siguiente tabla se muestran las diferencias entre ambos conceptos

|MASA (M) |PESO (P) |
|Cantidad Escalar |Cantidad Vectorial (Fuerza) |
|Es propia del cuerpo. |Surge de la interacción con la Tierra. |
|Independiente de la aceleración de|Dependiente de la aceleración de |
|gravedad. |gravedad. |

Ello explica el resultado del experimento de Galileo, en cuanto a que los cuerpos caen de igual manera independientemente de su masa (ver figura 5)

En el espacio, la aceleración de gravedad es menor, por lo que el peso es menor. Sin embargo, la masa permanece constante,pues no depende de g. Ello explica porqué un astronauta puede tener la misma masa, pero diferente peso en diferentes puntos del espacio (ver figura 6).

Para mitigar este abuso conceptual, se suele usar el kilopondio. Así, el peso de un cuerpo de masa M [kg] está dado por:

[pic]

Aplicando la equivalencia en [kp]

[pic]

Luego, a nivel terrestre, la masa de un cuerpo en [kg] es...