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fuerza

Cuando empujamos, tiramos, pateamos, levantamos, lanzamos, sacudimos, golpeamos, recogemos, apretamos, presionamos, inflamos, abrimos y cerramos un objeto, decimos que se aplica una fuerza al objeto. Estas acciones no son más que la aplicación de la fuerza. Cualquiera que sea el método de aplicación de la fuerza, son de solo dos tipos:

• Empujar
• Jalar

Un agente externo que produce movimiento en un cuerpo o altera el estado existente del movimiento en un cuerpo se llama fuerza.

Ejemplos de empujar

• Empujamos la puerta para cerrarla o abrirla
• Empujamos un carrito en una tienda.
• Empujamos una caja por la habitación

Ejemplos de tirar

• Levantamos un balde de agua
• Tiramos de la puerta del frigorífico para abrirla
• Tiramos de una silla para sentarnos.

Usamos la fuerza para caminar, levantar cualquier objeto, tirar cualquier cosa, mover un objeto de su lugar, etc. En resumen, la fuerza está presente en cada actividad que hacemos. Al aplicar fuerza solemos poner cualquier cosa en movimiento o en posición de reposo pero no siempre. Por ejemplo, si aplicamos fuerza sobre una pared, esta no se mueve.

El punto del cuerpo donde actúa una fuerza se llama punto de aplicación de la fuerza.

Una línea trazada a través del punto de aplicación de la fuerza en la dirección de la fuerza se llama línea de acción de una fuerza.

Efectos de la fuerza

La fuerza tiene muchos efectos sobre los objetos a los que se aplica. La fuerza se puede juzgar por los diversos efectos que puede producir en el objeto al que se aplica.

1. La fuerza causa el movimiento: la fuerza puede poner en movimiento un objeto estacionario siempre que no haya otra fuerza que impida el movimiento. Esto significa que cuando se aplica una cantidad adecuada de fuerza a un objeto que no se mueve, el objeto comienza a moverse en la dirección de la fuerza. Un cambio en la posición de un objeto se llama movimiento. Por ejemplo, cuando empujamos cualquier carro de juguete, se mueve, o una caja que está en el piso se puede mover empujándola, es decir, aplicándole fuerza. Entonces, cuando se aplica fuerza, un objeto estacionario se pone en movimiento o la fuerza cambia la posición de un objeto estacionario.
2. La fuerza cambia la velocidad: la velocidad de un cuerpo en movimiento se puede cambiar aplicándole fuerza; al aplicar fuerza en el acelerador, se puede aumentar la velocidad de un automóvil en movimiento y al aplicar los frenos, la velocidad se puede disminuir o, eventualmente, incluso detener el coche en movimiento Cuando aplicamos fuerza en la misma dirección que la del movimiento, la velocidad aumenta. Cuando aplicamos fuerza en la dirección opuesta a la del movimiento, la velocidad disminuye.
3. Force stop motion: esto significa que cuando aplicamos fuerza en la dirección opuesta del movimiento, puede poner un objeto en movimiento en un estado de reposo. Por ejemplo, un automóvil en movimiento se puede detener aplicando los frenos. Cuando tratamos de sujetar la pelota que se nos lanza con una fuerza mayor que la fuerza con la que viene, se detiene.
4. La fuerza cambia la dirección: cuando se aplica una fuerza en ángulo a un objeto en movimiento, cambia la dirección del objeto en movimiento. Por ejemplo, en un partido de tenis, cuando un jugador devuelve la pelota al jugador del lado opuesto, la fuerza aplicada a la pelota cambia de dirección. Un automóvil en movimiento cambia su dirección cuando se aplica fuerza a su volante para girarlo. En un partido de fútbol, los jugadores cambian la dirección del movimiento del balón golpeando la pelota con el pie en ángulo.
5. La fuerza cambia la forma: cuando se aplica fuerza a un objeto, su forma y tamaño cambian. Por ejemplo, cuando se presiona un globo inflado, una fuerza aplicada cambia su forma. Cuando se martilla un bloque sólido de roca, la fuerza aplicada por el martillo cambia su forma para hacer una estatua. Cuando apretamos una botella de agua de plástico, una fuerza aplicada cambia su forma y tamaño.

Características de la Fuerza

• La fuerza se debe a una interacción de al menos dos objetos.
• Puede cambiar el estado de movimiento de un objeto.
• Puede cambiar la forma de un objeto.
• Las fuerzas aplicadas a un objeto en la misma dirección se suman y el resultado es la misma dirección
• Cuando se aplican fuerzas a un objeto en la dirección opuesta, su fuerza resultante o neta es la diferencia entre estas fuerzas opuestas y su dirección resultante es la misma que la de la fuerza mayor.
• Si las dos fuerzas que actúan sobre un objeto son iguales en magnitud pero de dirección opuesta, entonces la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es cero.
• Es una cantidad vectorial, por lo tanto, debe especificarse dando su magnitud y la dirección.
• Si la magnitud o la dirección o ambas cambian, entonces el efecto de la fuerza también cambia.
  

Tipos de fuerzas:

• Fuerzas equilibradas versus desequilibradas
• Las fuerzas que actúan sobre un objeto pueden ser equilibradas o desequilibradas.
• Fuerzas equilibradas
  

Las fuerzas equilibradas son aquellas donde el resultado de las fuerzas aplicadas es igual a cero. No causan ningún cambio en el estado del objeto sobre el que se aplica, es decir, el objeto en el que se aplica la fuerza, el estado no cambia de movimiento a reposo o viceversa, sin embargo, las fuerzas equilibradas pueden cambiar la forma y el tamaño de un objeto. Las fuerzas equilibradas son iguales en magnitud pero opuestas en direcciones. Se considera que las fuerzas balanceadas están en un estado de equilibrio.

Por ejemplo, en la lucha de brazos donde no hay ganador, la fuerza ejercida por cada persona es igual, pero están empujando en la dirección opuesta. La fuerza resultante (fuerza neta) es cero. O, en un tira y afloja, si no hay movimiento en la cuerda, los dos equipos ejercen fuerzas iguales pero opuestas que están equilibradas. Nuevamente, la fuerza resultante (fuerza neta) es cero.

Cuando las fuerzas están equilibradas no hay cambio de dirección.

• Las fuerzas combinadas que están balanceadas son siempre iguales a cero.
• Las fuerzas equilibradas no pueden cambiar el movimiento o la dirección de un objeto.
• Una fuerza equilibrada mantiene un objeto en movimiento a una velocidad constante

Un libro sobre la mesa es un ejemplo de una fuerza equilibrada. La fuerza del peso del libro es contrarrestada por la fuerza normal (fuerza de apoyo) de la mesa. Las dos fuerzas son completamente iguales y opuestas.

Un ejemplo de una fuerza equilibrada que mantiene un objeto en movimiento a una velocidad constante es el control de crucero de un automóvil que intenta igualar las fuerzas de fricción con una fuerza de avance. Una vez que se obtiene la velocidad constante, los dos conjuntos de fuerzas son completamente iguales y opuestos.

fuerzas desequilibradas

A diferencia de las fuerzas equilibradas, las fuerzas desequilibradas son aquellas en las que la fuerza aplicada resultante es mayor que cero. Las fuerzas que actúan sobre el objeto no son iguales y siempre hacen que el movimiento de un objeto cambie la velocidad y/o la dirección en la que se mueve.

Cuando dos fuerzas desequilibradas se ejercen en direcciones opuestas, su fuerza combinada es igual a la diferencia entre las dos fuerzas. La magnitud y la dirección de la fuerza neta afectan el movimiento resultante. Esta fuerza combinada se ejerce en la dirección de la fuerza mayor. Por ejemplo, si en un tira y afloja, un equipo tira más fuerte que el otro, la acción resultante (fuerza neta) será que la cuerda cambiará su movimiento en la dirección de la fuerza con mayor fuerza/magnitud.

Cuando se ejercen fuerzas desequilibradas en la misma dirección, la fuerza resultante (fuerza neta) será la suma de las fuerzas en la dirección en que se aplican las fuerzas. Por ejemplo, si dos personas tiran de un objeto al mismo tiempo en la misma dirección, la fuerza aplicada sobre el objeto será el resultado de sus fuerzas combinadas.

Cuando las fuerzas actúan en la misma dirección, sus fuerzas se suman. Cuando las fuerzas actúan en direcciones opuestas, sus fuerzas se restan entre sí.

Las fuerzas desequilibradas también hacen que un objeto inmóvil cambie su movimiento.

Si no hay fuerza neta actuando sobre el objeto, el movimiento no cambia. Si hay una fuerza neta actuando sobre un objeto, la velocidad del objeto cambiará en la dirección de la fuerza neta.

Fuerzas de contacto versus fuerzas de no contacto

Dependiendo de la interacción entre una fuerza y un objeto, las fuerzas se clasifican como fuerzas de contacto y de no contacto.

Fuerzas de contacto: una fuerza que se puede aplicar solo cuando está en contacto con un objeto se llama fuerza de contacto. Todas las fuerzas mecánicas son fuerzas de contacto, por ejemplo, fuerza muscular y fuerza de fricción.

Tipos de fuerzas de contacto:

• Fuerza aplicada: la fuerza debida a la acción de los músculos se denomina fuerza aplicada. También se le llama fuerza muscular. Aplicamos la fuerza muscular durante el trabajo básico del día a día de nuestra vida como respirar, hacer la digestión, levantar un balde, tirar o empujar algún objeto.
• Fuerza normal: es una fuerza de interacción de contacto entre superficies. Actúa siempre perpendicular a las superficies y fuera de la superficie.
• Fuerza de fricción: cuando dos objetos se deslizan uno sobre el otro, se frotan y empujan entre sí. Esta fuerza de empuje se llama fuerza de fricción. Por ejemplo, encender una cerilla o detener una bola en movimiento se produce bajo una fuerza de fricción.
• Fuerza de tensión: una fuerza aplicada donde la fuerza se aplica a través de una cuerda, cable, cuerda, etc. Una fuerza de tensión solo puede tirar, no puede empujar. Por lo general, asumimos que la tensión en un cable es la misma en todas partes del cable.
• Fuerza de resistencia del aire: este es un tipo especial de fuerza de fricción que actúa sobre los objetos a medida que viajan por el aire. A menudo se observa que la fuerza de la resistencia del aire se opone al movimiento de un objeto. Por lo general, la fuerza se despreciará debido a su magnitud insignificante. Es más notorio para los objetos que viajan a altas velocidades (por ejemplo, un paracaidista o un esquiador).
• Fuerza de resorte: la fuerza ejercida por un resorte comprimido o estirado es 'fuerza de resorte'. La fuerza creada podría ser un empujón o un tirón dependiendo de cómo esté unido el resorte.

Fuerzas sin contacto: una fuerza que se puede aplicar sin ningún contacto con dos cuerpos se denomina fuerza sin contacto, por ejemplo, fuerza magnética, fuerza electrostática, fuerza gravitacional.

Tipos de fuerzas sin contacto

• Una fuerza gravitacional es una fuerza que trata de atraer dos objetos uno hacia el otro. Todo lo que tiene masa también tiene una atracción gravitacional. Cuanto más masivo es un objeto, más fuerte es su atracción gravitatoria. La gravedad de la Tierra es lo que te mantiene en el suelo y lo que hace que los objetos caigan. Las gotas de agua que caen del cielo son un ejemplo de fuerza gravitatoria. La manzana que cae del árbol es el mejor y más popular ejemplo de una fuerza sin contacto.
• La fuerza magnética es la fuerza que ejerce un imán sobre objetos magnéticos. Existen sin ningún contacto entre dos objetos. Por ejemplo, los pines de hierro se atraen cuando están cerca de un imán sin ningún contacto físico.
• La fuerza electrostática es la fuerza que ejercen todos los cuerpos cargados eléctricamente sobre otros cuerpos cargados. Puede ser de naturaleza tanto atractiva como repulsiva según la carga del cuerpo. Por ejemplo, la carga del cabello y la atracción de los pedacitos de papel hacia él.
• La fuerza nuclear es la fuerza que mantiene unidos a los átomos y sus partículas.

Campo de fuerza

• La región o espacio en el que actúan fuerzas sin contacto, como la fuerza magnética, la fuerza gravitatoria y la fuerza electrostática, se denomina campo de fuerza.
• La región que rodea un imán, donde una sustancia magnética experimenta fuerza se llama campo magnético.
• La región que rodea una carga eléctrica, donde una sustancia eléctrica experimenta fuerza se llama campo eléctrico.
• Así, un campo de fuerza es una esfera de influencia de fuerzas sin contacto.

Fuerza = Masa × Aceleración

Aceleración: el cambio en la velocidad de un objeto se llama aceleración. Cuando un objeto gana velocidad, su aceleración es positiva; cuando se pierde la velocidad, la aceleración es negativa.

Masa - Todo objeto está hecho de materia. Cuanta más materia tiene un objeto, más grande es y más masa tiene.

De acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton, empuja un objeto de cierta masa y acelera en función de la cantidad de fuerza y masa. Una fuerza pequeña con una masa grande da como resultado una aceleración lenta y una fuerza grande con una masa pequeña da una aceleración rápida. Esto significa que una fuerza de cero sobre cualquier masa da una aceleración cero. Si el objeto está quieto, permanece quieto; si se está moviendo, continúa moviéndose a la misma velocidad y dirección.