Fuerzas en Física
¿Qué son las fuerzas en física?
Una fuerza describe, cuantitativamente, la interacción entre dos objetos. Una fuerza es una cantidad vectorial: tiene magnitud y dirección. Se necesita ejercer una fuerza para jalar una caja en el suelo. Se usa la fuerza para empujar una mesa. El peso de un objeto es la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre este objeto. Esta interacción puede ser a distancia o a través de contacto. Las fuerzas se utilizan para empujar o jalar objetos estacionarios, para detener objetos en movimiento, para cambiar la dirección de los objetos en movimiento.
Las fuerzas siempre existen en pares: una fuerza de acción y una fuerza de reacción (tercera ley de Newton). Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes objetos y tienen magnitudes iguales.
Una fuerza se representa matemáticamente por un vector porque tanto la magnitud como la dirección son importantes para describir la fuerza.
La unidad SI de una fuerza es el newton. 1 Newton = 1 Kg × 1 m/s2
Por lo tanto, el newton (N) es la magnitud de la fuerza aplicada a un objeto de masa de 1 Kg para adquirir una aceleración de 1 m/s2.
Clasificación de las fuerzas
Una fuerza puede clasificarse en una de dos categorías: fuerzas de contacto y fuerzas a distancia.
A) Ejemplos de fuerzas de contacto
1) La fuerza ejercida por una persona para empujar un carrito.
2) La fuerza (tensión) ejercida por una cuerda sobre un objeto suspendido.
3) La fuerza ejercida por el suelo sobre una mesa en una habitación (fuerza normal).
B) Ejemplos de fuerzas a distancia (también llamadas fuerzas de campo)
1) La fuerza ejercida por un planeta (la Tierra, por ejemplo) sobre cualquier objeto con masa.
2) La fuerza ejercida por un imán sobre otro imán.
3) La fuerza eléctrica ejercida por una carga eléctrica sobre otra carga eléctrica.
Tipos de fuerzas que actúan sobre los objetos
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Fuerza Externa Aplicada
Cualquier fuerza aplicada externamente a un objeto por otro objeto, humano o animal. Una persona que empuja una caja está aplicando una fuerza externa sobre la caja.
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Fuerza Gravitacional
Es la fuerza ejercida por la Tierra sobre cualquier objeto con masa. Esta fuerza se debe al campo gravitacional de la Tierra. También se llama el peso de un objeto.
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Fuerza Eléctrica sobre una Carga
Es la fuerza ejercida sobre una carga que está ubicada en un campo eléctrico. Dos fuerzas de magnitudes iguales y dirección opuesta actúan sobre dos cargas de signos diferentes en la figura siguiente.
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Fuerza Magnética
Es la fuerza ejercida sobre un imán que está ubicado en un campo magnético. Dos fuerzas de magnitud igual y dirección opuesta actúan sobre cada uno de los imanes en la figura siguiente.
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Fuerza Normal
La fuerza normal es la fuerza que ejerce un objeto sobre otro cuando están en contacto. Ejemplo de una caja sobre una mesa que se muestra en la figura siguiente. La mesa ejerce una fuerza normal N sobre la caja.
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Fuerza de Fricción
Una fuerza de fricción es ejercida por un objeto sobre otro cuando uno de ellos se mueve o intenta moverse en relación con el otro. En general, una fuerza de fricción se opone al movimiento de los objetos. Existen dos tipos de fuerza de fricción: estática y cinética. La fuerza de fricción estática se ejerce sobre un objeto que intenta moverse. Una fuerza de fricción cinética se ejerce sobre un objeto que está en movimiento.
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Tensión en cuerdas, cables, ...
La tensión
es una fuerza transmitida por medio de un objeto flexible, como una cuerda o cable, entre dos puntos de un sistema. La característica principal de la tensión es que tiene la misma magnitud en cada punto de la cuerda, ignorando la masa de la cuerda. Puede o no tener la misma dirección en diferentes puntos de la cuerda.
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Fuerza de reacción
La reacción al aire que sale hacia abajo de un globo es el globo moviéndose hacia arriba. Las fuerzas de acción y reacción tienen magnitudes iguales.
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Fuerza de resistencia del aire
Fuerza debida al aire que tiende a oponerse a cualquier movimiento de un objeto en el aire. Es otro tipo de fuerza de fricción. Un ejemplo a continuación de un automóvil moviéndose de derecha a izquierda y la fuerza debida a la resistencia del aire empujando el automóvil hacia la derecha.
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Fuerza de flotación (o empuje) en un líquido o gas
Cualquier objeto sumergido en un fluido (líquido o gas) es empujado hacia arriba por una fuerza ejercida por el fluido que se opone a su peso. Esta fuerza, llamada fuerza de flotación o empuje, explica por qué los barcos, por ejemplo, flotan en el agua.