Fuerzas

Fuerzas

La palabra fuerza se usa en el sentido que en el lenguaje cotidiano tienen las palabras tracción o empujar. Así, mediante el esfuerzo muscular podemos empujar (aplicar fuerza) a un cuerpo, o una cuerda puede soportar la tensión (fuerza) ejercida por un cuerpo colgado de ella.

En estos ejemplos, el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto con el cuerpo sobre el cual actúa. Son fuerzas de contacto.

Otras veces las fuerzas actúan a distancia, como ocurre con la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre todos los cuerpos, y que llamamos peso; son las fuerzas de acción a distancia. De este tipo son las que ejerce un imán sobre pequeños cuerpos de hierro.

Cuando un cuerpo modifica su estado de reposo o de movimiento decimos que sobre él ha actuado una fuerza, y que ésta ha producido un efecto dinámico.

En algunas ocasiones, como cuando doblamos la rama de un árbol, o apretamos entre las manos un globo de goma, no se produce un cambio en su movimiento. Lo que se produce en estos casos es una deformación de los cuerpos bajo la acción de las fuerzas. Este es el llamado efecto estático.

Podemos definir fuerza como toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producirle una deformación.

   

Para medir las fuerzas necesitamos compararlas con otra que se toma como unidad; por ello hemos de definir la Unidad de fuerza.

La unidad de fuerza del Sistema Internacional es el Newton. Cuyo símbolo es N. Para medir las fuerzas se utilizan unos instrumentos llamados dinamómetros basados en que la deformación producida por una fuerza es proporcional a dicha fuerza.

Elementos de la fuerza

En toda magnitud vectorial como la fuerza, debemos considerar los siguientes elementos:

1. Punto de aplicación, que es el lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza.

2. La dirección, que queda señalada por la recta según la cual se manifiesta la fuerza.

3. El sentido, ya que en toda dirección hay dos sentidos opuestos.

4. El valor absoluto o intensidad de la fuerza (los matemáticos la llaman “norma").

Representación de la Fuerza Vectores

Una fuerza puede ser representada mediante una flecha que parte desde el cuerpo que recibe esa fuerza hacia el lugar donde está ejerciendo la fuerza. Esta flecha es llamada vector. Todas estas indicaciones que se necesitan para especificar completamente una fuerza se pueden dar más rápida y cómodamente si representamos la fuerza por una flecha.

La longitud de la flecha, según la escala utilizada, indica el valor de la fuerza. La recta de que forma parte la flecha representa la dirección, y la punta de la flecha señala el sentido. Por último, el punto de donde sale es el punto de aplicación de la fuerza.

Flechas de tamaño doble, triple, etc., indican unas fuerzas de magnitud doble, triple, etc.

Las magnitudes vectoriales se representan por vectores, que se definen como los segmentos rectilíneos que terminan por un extremo en punta de flecha.

Magnitudes escalares

Aquellas magnitudes que quedan totalmente especificadas indicando su valor y la unidad en que se expresan son las magnitudes escalares. Ejemplo de estas magnitudes son la longitud, la masa, el tiempo. Diciendo, por ejemplo, 10 metros, 5 kilogramos o 30 segundos quedan totalmente especificadas: no se necesita más información.

   

Cambio de forma

Al ejercer una fuerza sobre un cuerpo, se deforman, es decir modifican sus dimensiones, ocurriendo una deformación.

Algunos cuerpos se deforman muy poco: son los cuerpos rigidos, ejemplo: un bloque de vidrio, de acero, o una piedra

Si un cuerpo es deformado por acción de una fuerza y al cesar la fuerza recupera su forma original, este cuerpo pertenece a los llamados cuerpos elásticos. Esto sucede con los resortes, varillas de acero, gomas, elásticos.

Hay cuerpos que se deforman cada vez que se aplica una fuerza sobre ellos, pero que no recuperan su forma original, debido a la plasticidad, son llamados cuerpos plásticos

   

Deformaciones
Bajo la acción de las fuerzas algunos cuerpos se deforman, es decir, se modifican sus dimensiones.

Algunos cuerpos se deforman muy poco; son los que se parecen a lo que llamamos cuerpo rígido, por ejemplo, un bloque de vidrio, de acero, o una piedra. Otros, como la cera, la goma de borrar, el plomo, se deforman más fácilmente. Son los cuerpos deformables.

Pero además de la mayor o menor deformación que sufre un cuerpo al actuar sobre él una fuerza, su comportamiento también varía.En algunas ocaciones, al cesar la fuerza deformante, el cuerpo recobra su forma original. En este caso se le denomina cuerpo elástico. Esto es lo que sucede con los resortes, varillas de acero, goma, etc.

En otros cuerpos la deformación sigue manteniéndose después que deja de actuar la fuerza deformante. Son los llamados cuerpos plásticos, tales como la arcilla, la cera, la plasticina.

Muchos cuerpos son elásticos si la fuerza deformante no sobrepasa un cierto valor, denominado límite elástico, que depende de cada cuerpo y de cada sustancia. Si sobrepasamos este límite elástico, el cuerpo ya no recupera su forma original; asimismo, podemos llegar al límite de rotura, que es la fuerza máxima que puede soportar un determinado cuerpo sin romperse.Algunos cuerpos, una vez que han sido deformados, no se recuperan instantáneamente. Lo hacen más lentamente y pueden recobrar o no totalmente su forma original. Esto es lo que sucede cuando arrugamos un papel y lo soltamos; aunque no recobra totalmente su forma original, observamos que cuando lo dejamos libre, se desarruga lentamente.

Un ejemplo típico de un cuerpo elástico es un resorte, éste se alarga. Los alargamientos son proporcionales a las fuerzas; es decir, que una fuerza doble produce un alargamiento doble.
Esto que sucede en el resorte es general para todos los cuerpos elásticos: la deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que la produce.

Tipos de deformaciones

Elongación

Flexión

      

Compresión

Torsión