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J.C. Granada. Notas de clase Física para Ciencias de la Salud, 2009-Semestre I

CAPÍTULO 1
CAMPOS Y FUERZAS
§1.1. FUERZAS E INTERACCIONES.
Fuerza es la magnitud física, que caracteriza la interacción entre cuerpos. Ella
determina el cambio en el movimiento del cuerpo, el cambio en su forma, o ambos cambios
a la vez.
En la Figura (1.1.1) se ilustran las fuerzas que surgen al interactuardiversos
sistemas sistemas físicos. En el caso (a) la tierra (T) ejerce sobre la luna (L) una fuerza de
atracción FTL , y la luna ejerce sobre la tierra una fuerza de atracción FLT. En la situación
(b) un hombre está situado sobre la superficie de la tierra; debido a que interactúa con la
tierra, sobre él se ejerce una fuerza Fg dirigida hacia el centro de la tierra; adicionalmente,
debido a lainteracción de sus piés con la superficie del piso, surgen las fuerzas de contacto
Fc1 y Fc1. Finalmente, en el caso (c) el antebrazo allí representado antebrazo interactúa con
los siguientes sistemas físicos: el objeto que está sosteniendo, el músculo bíceps,
experimenta la atracción gravitacional de la tierra e interactúa con el resto del cuerpo a
través de la articulación del codo. Debidoa ello, aparecen las fuerzas F, Fm, Fg, Fc,
respectivamente.

(a)

(b)

(c)

Figura (1.1.1)

Tradicionalmente se distinguen dos clases de fuerza: fuerzas de contacto (que
implican contacto físico entre los sistemas involucrados) y fuerzas de campos, que implican
interacción entre sistemas físicos separados espacialmente (como la que se da entre el sol y
la tierra o un electrón y elnúcleo en un átomo de hidrógeno). Sin embargo, esta división es
meramente convencional, ya que las fuerzas en la naturaleza son manifestación de alguna
de las cuatro interacciones fundamentales: gravitacional, electromagnética, fuerte, débil. La
interacción gravitacional y la interacción electromagnética son interacciones de largo
alcance, mientras que la interacción fuerte y la débil son decorto alcance y actúan a nivel
nuclear, por lo cual no serán consideradas en lo sucesivo. La interacción gravitacional

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ocurre entre objetos con una cualidad denominada masa gravitacional inercial, es de
carácter atractivo y la magnitud de la respectiva fuerza de interacción está determinada por
la ley de lagravitacón universal, que formularemos más adelante. La interacción
electromagnética se da entre objetos físicos con una cualidad denominada carga. La fuerza
puede ser atractiva o repulsiva y su magnitud está determinada por la ley de Coulomb, la
cual formularemos más adelante. Las fuerzas que encontramos en nuestra vida cotidiana
son, en su mayoría, manifestación de la interacciónelectromagnética, a excepción del peso.
Debido a que la interacción entre los sistemas físicos tiene carácter direccional, la
fuerza es una magnitud vectorial. Por lo tanto, la acción simultánea de dos fuerzas F1 y F2
sobre un cuerpo es equivalente a la acción de una única fuerza F que se obtiene de sumar
F1 y F2 de acuerdo con la regla del paralelogramo, tal como se ilustra en la Figura (1.1.2)

(a)(b)

(c)

Figura (1.1.2)

§1.2. LAS TRES LEYES DE LAS FUERZAS.
Vamos a suponer, por el momento, que tenemos un sistema físico cuyo tamaño es tan
pequeño, comparado con otras longitudes características, que se puede considerar un punto. A
dicho sistema se le denomina punto material. Por ejemplo, si examinamos el movimiento de la
tierra alrededor del sol, el diámetro característico dela tierra (12.800 km) es muy pequeño en
comparación con la distancia promedio entre la tierra y el sol (150.000.000 km), por lo que en
este caso la tierra se puede considerar un objeto puntual.
Para caracterizar el movimiento de un punto material, se introducen las siguientes
magnitudes físicas: (a) el vector posición r, que caracteriza la posición del objeto con respecto
a cierto punto de...