Las Fuerzas

 Introducción

En el siguiente trabajo realizamos una investigación sobre la Fuerza en el campo de la física. Una conceptualización breve donde se explica que la fuerza es la capacidad de cambiar el estado de un cuerpo de reposo o movimiento. Más adelante se expresan los tipos de fuerza que existen. Se estudia la fuerza según tres ramificaciones de la física, la mecánica newtoniana, la mecánica relativista y física cuántica. Donde tenemos en la primera las fuerzas de contacto y a distancia, las internas, las de fricción, las gravitatorias, las de los campos estacionarios, las eléctricas y las unidades de fuerza. En la segunda, la fuerza gravitatoria y electromagnética; en la tercera, la fuerza en mecánica cuántica y las fuerzas fundamentales en teoría cuántica de campos. Sin embargo, para este trabajo vamos a desarrollar los primeros dos campos.

Fuerza en la física es un concepto que define a una magnitud vectorial con modulo, sentido, dirección y punto de aplicación que permite a cuerpos en reposo o en movimiento cambiar su estado. Esta se representa con una flecha, ya que es una magnitud vectorial. Para ser medida se debe tener en cuenta su punto de aplicación, dirección y sentido.

1.Clasificación de fuerzas

Fuerza en mecánica newtoniana

Se refiere a las fuerzas que satisfacen la definición de la fuerza según la mecánica newtoniana. Esta se define en esta rama como la derivada del momento lineal. Si la masa permanece constante, entonces esta derivada resulta en la formula conocida como F=ma, que es la expresión de la segunda ley de Newton.

Fuerzas de contacto y fuerzas a distancia

• Fuerzas de contacto: Son aquellas que se dan mediante la interacción de dos cuerpos que se encuentran en contacto directo, de manera que haya un impacto entre sus superficies.
• Fuerzas a distancia: Estas son fuerzas que se producen mediante la interacción de campos (gravitatorio, eléctrico, etc…), estas ocurren cuando los objetos se encuentran a cierta distancia el uno del otro. Fuerzas internas y de contacto

• Fuerza Normal: Es la fuerza que ejerce una superficie sobre el objeto con el cual está en contacto.
• Fuerzas internas: Fuerzas que actúan sobre un cuerpo desde el interior del cuerpo.

Fricción

Es la fuerza dada por el roce de una superficie con otra o de un cuero con otra. Esta fuerza, ya que todas las fuerzas son vectores, que va en dirección y sentido contrario al movimiento del cuerpo en fricción. Otra manera de definirla es mediante su fórmula que es la norma multiplicada por el coeficiente de fricción de ambos cuerpos o superficies en contacto.

Fuerza gravitatoria

Es la fuerza de atracción que siente un objeto hacia otro, debido a las diferencias entre sus masas. También se conoce como fuerza gravitacional, o fuerza de la gravedad. Esta fuerza por lo general está influenciada por los conocidos sistemas inerciales, donde la masa permanece constante, pero dependiendo del sistema la gravedad puede ser diferente. Aunque es sabido que existe una constante universal gravitatoria que es 6.67*10^-11 Nm^2/kg^2. Esta constante es utilizada mayoritariamente en cálculos con relación al estudio de los astros.

Fuerza electromagnética (mecánica relativista)

Es la fuerza que ocurre entre partículas y la interacción entre ellas. Es conocida por ser la causante de los fenómenos biológicos, químicos y eléctricos. La interacción entre dos cargas o entre dos átomos, o entre dos compuestos orgánicos, es posible gracias a la interacción electromagnética. Desde ser la causante de crear campos eléctricos hasta ser la responsable de crear los diferentes enlaces a nivel atómico, todo esto es debido a esta fuerza.

De tensión

Es la fuerza transferida de una superficie a un objeto u otra superficie mediante un medio que puede ser, un cabe, una soga, una varilla o algún otro objeto que sirva de agarre o puente entre ambos. Esta ocurre hacia afuera del objeto y paralela al resorte o cable.

De resistencia aerodinámica

Es la fuerza que realiza el aire en oposición a un objeto cayendo, también se le conoce como resistencia del aire, y es común en objetos al encontrarse en caída libre, esta fuerza puede ser tan poderosa para incluso en algunos casos destruir el objeto que se encuentra cayendo (el caso de meteoritos).

Elástica

Es la fuerza producida por los resortes o cualquier cuerpo con propiedades elásticas, cuando busca volver a su estado de reposo. Todo cuerpo elástico reacciona contra la fuerza deformadora para recuperar su forma original. Como esta, según la ley de Hook, es proporcional a la deformación producida, la fuerza deformadora tendrá que tener el mismo valor y dirección, pero su sentido será el contrario.

De empuje hacia arriba

Es la fuerza que recibe un objeto o cuerpo al ser sumergido en un líquido con una densidad mayor a la del objeto. También es conocida como fuerza de flotación. Esta es enunciada en el principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación sobre un objeto es igual al peso del fluido desplazado por el objeto.

Aquí se puede observar una representación de las fuerzas que actúan en este sistema, las cuales son la fuerza de la gravedad y la fuerza normal.

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2. Unidades de fuerzas en diferentes sistemas, y sus conversiones.

La unidad de medición de la fuerza en el SI (Sistema internacional) se denomina Newton y se abrevia N. Aunque existen otras unidades como la Dina en el sistema Cegesimal, la libra (Lbf) en el sistema anglosajón y el kilopondio o kilogramo fuerza (Kgf) en el sistema Técnico de unidades. Abajo se muestra una tabla de equivalencias. Para hacer una conversión de una unidad a otra se puede realizar una regla de tres o el método del análisis bidimensional.

3.Momento de torsión

El momento de torsión se define como la tendencia a producir un cambio en la rotación respecto a un eje. En este se toman en cuenta tres variantes: la magnitud de la fuerza aplicada, la dirección de la fuerza, y el brazo o distancia del eje de rotación a la que este se encuentre. Las fuerzas más cercanas al extremo del eje de rotación, tienen un mayor momento de torsión.

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