La fuerza es física. Aquí te explicamos qué es, sus propiedades y tipos según cada teoría. También cómo se mide y diferentes ejemplos.
¿Qué es una fuerza?
En términos técnicos, la fuerza es una cantidad capaz de cambiar la cantidad de movimiento o cierta forma de un objeto o partícula. No debe confundirse con el concepto de esfuerzo o energía. El concepto suele ser explicado por la mecánica clásica, fundada por Isaac Newton (1642-1727) a partir de los principios conocidos como leyes del movimiento, descritos en sus Principia Mathematica en 1687.
De acuerdo con la mecánica clásica, las magnitudes que actúan sobre un objeto provocan cambios en su estado de movimiento, como su trayectoria rectilínea y desplazamiento uniforme, y le dan aceleración (o desaceleración). Además, cada fuerza que actúa sobre un objeto produce la misma magnitud pero en direcciones opuestas.
Usualmente hablamos de este concepto en nuestra vida diaria, pero no siempre usamos esta palabra como física. La fuerza es objeto de estudio de la física, según la cual se reconocen cuatro magnitudes fundamentales a nivel cuántico: la gravedad, el electromagnetismo, la nuclear fuerte y la nuclear débil.
Por otro lado, la mecánica newtoniana (o clásica) tiene muchas otras identificables como la fricción, la gravedad, la centrípeta, entre otras.
Características
Una fuerza puede considerarse una entidad física que se describe como la interacción entre objetos que están estrechamente relacionados con la energía. En la mecánica clásica, consta de magnitud y dirección, por lo que se representa mediante un vector. Eso significa que es un vector, no una escala.
Tipos
Existen varios tipos de poderes dependiendo de su naturaleza y enfoque:
Según la mecánica newtoniana
- De fricción. Es la que se opone al cambio de movimiento del cuerpo que crea la resistencia para salir de un estado de reposo o movimiento que percibimos cuando iniciamos un movimiento empujando un peso.
- Gravitatoria. Es la que la masa de un objeto ejerce sobre los objetos cercanos, atrayéndolos hacia sí. Esta se vuelve perceptible cuando todos o algunos de los objetos que interactúan son muy grandes. El mejor ejemplo es la Tierra y los objetos y criaturas que vivimos en su superficie; entre ellos está la gravedad.
- Electromagnética. Es la atracción y repulsión creada por la interacción de los campos electromagnéticos.
También puede hablarse de
- De contacto. Es la que ejerce el contacto físico directo entre un cuerpo y otro.
- A distancia. Es una que se puede aplicar sin contacto físico entre cuerpos.
Según la mecánica relativista o einsteiniana
- Gravitatoria. Esta parece existir cuando los objetos masivos doblan el espacio-tiempo a su alrededor, lo que hace que los objetos más pequeños cambien sus órbitas y se muevan hacia ellos.
- Electromagnética. Es la que ejerce un campo electromagnético sobre partículas cargadas de materia según la expresión de fuerza de Lorentz.
Según la mecánica cuántica
- Gravitacional. Es la que ejerce una masa sobre otra, y es una fuerza débil, en una sola dirección (de atracción), pero efectiva a largas distancias.
- Electromagnética. Es la que afecta a las partículas cargadas y los campos electromagnéticos que producen, y es la que permite que las moléculas se unan. Es más fuerte que la gravedad y tiene dos direcciones (atracción – repulsión).
- Nuclear fuerte. Es la que mantiene estable el núcleo y mantiene unidos a los neutrones y protones. Es más fuerte que el electromagnético pero tiene un alcance más corto.
- Nuclear débil. Es la que provoca la desintegración radiactiva, capaz de alterar la materia subatómica en menor escala que la nuclear fuerte.
Unidades de fuerza
Según el sistema internacional, la unidad de fuerza se llama Newton (N), en honor al gran físico inglés, de modo que ya sabes qué es un Newton. Las unidades especificadas corresponden a 100.000 dinas, que se entiende como la cantidad de magnitud que actúa sobre una masa de un kilogramo en un segundo, haciendo que alcance una velocidad de un metro por segundo. exactamente:
1 N = (1kg x 1m) / 1 s2
Existen otras unidades para otros sistemas métricos, que equivalen, en Newtons, a:
- 1 kilogramo-f o kilopondio es igual a 9.81 N
- 1 libra-f es igual a 4,448222 N
¿Cómo se mide?
Hoy en día existen diferentes modelos de dinamómetros, incluso con pantallas digitales. Los dinamómetros son dispositivos ideales para medir la fuerza. También se utiliza para calcular el peso de los objetos. Inventado por el mismo Isaac Newton, utiliza el estiramiento de resortes y la ley de elasticidad de Hooke, similar a la balanza de resortes.
Las versiones modernas de los dinamómetros funcionan con el mismo principio, con ganchos o bucles al final del cilindro con un resorte o una bobina que actúa como un resorte en el interior. En uno de sus extremos se marcará la medida con una magnitud (en algunos casos puede incluso mostrarse en una pantalla digital).
Ejemplos de fuerza
Hay constantes ejemplos de poder a nuestro alrededor. Al aplicar poder muscular a un objeto para levantarlo, derrotamos a la gravedad. Si usamos nuestros hombros para empujar un objeto grande, como un refrigerador, no solo tenemos que vencer la gravedad, sino también la fricción, que inhibe el movimiento.
Lo mismo ocurre cuando ponemos un imán de nevera, porque la fuerza magnética lo mantendrá en su lugar, pero si acercamos otro imán con el mismo polo, notaremos una débil repulsión, otra característica de la misma. Y ahora los físicos han descubierto que parece que la materia y antimateria parecen responder de la misa manera a la gravedad.
Fuerza y movimiento
La fuerza y el movimiento están íntimamente relacionados. Primero, porque las magnitudes pueden iniciar, detener o cambiar el movimiento. Por ejemplo, cuando una pelota de béisbol golpea un bate, el poder del impacto actúa sobre el otro bate para desviar su trayectoria (la misma que el lanzador ejerció originalmente sobre él, ya que la pelota normalmente está estacionaria) y lanzarlo al campo de juego. desempeñar.
Si una magnitud actúa sobre un objeto en la misma dirección que el movimiento, la misma actúa. El trabajo requerido para hacer que suceda este movimiento es igual a la energía requerida para mover el cuerpo. Según el tipo de potencia y el tipo de movimiento, se pueden utilizar diferentes fórmulas matemáticas para calcularlo.
La gravedad
La gravedad puede ser vencida temporalmente por otras magnitudes. La gravedad es la fuerza de atracción que ejerce la masa sobre la materia circundante, y es proporcional a la masa e inversamente proporcional a la distancia entre ellos. De hecho, el sol tira de nuestro planeta desde lejos con la misma intensidad que tira de nosotros que vivimos en su superficie.
La gravedad puede vencerse temporalmente, como lo hacemos saltando, pero eventualmente sucumbimos a ella. Todo lo que sube libremente debe bajar.
Fuerzas intermoleculares
Mantienen unidas las moléculas y forman estructuras más complejas y masas más grandes que dependen directamente de las propiedades de los átomos involucrados. Por ello, también se denominan enlaces intermoleculares o enlaces atómicos. Estas pueden ser de dos tipos: la de van der Waals y los enlaces de hidrógeno.
