Fuerza

Te explicamos qué es una fuerza, sus unidades y cómo se clasifica esta magnitud. Además, sus características generales, propiedades y más.

¿Qué es la fuerza?

La fuerza es todo agente con capacidad para modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. Lo que mide la fuerza, en tanto magnitud vectorial, es la intensidad de las interacciones entre dos partículas o sistemas de partículas.

Se distingue de los conceptos de trabajo (que existe cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo generando su desplazamiento) y de energía (que es una medida de la capacidad que tiene una partícula o cuerpo de generar trabajo).

Isaac Newton inventó el primer instrumento para medir fuerzas, denominado dinamómetro. Dado que el peso es una forma de fuerza, también es utilizado para pesar objetos.

Ver además: Leyes de Newton

Unidades de fuerza

Existen diferentes formas de medir la fuerza, según los diversos sistemas:

• Sistema Internacional de Unidades. En este sistema, la masa se mide en kilogramos y la aceleración en metros sobre segundos al cuadrado. Así, la fuerza se mide en Newtons (N), siendo un Newton igual a un kilogramo por metro sobre segundos al cuadrado (kg.m/s²).
• Sistema Técnico. Este sistema mide la fuerza según unidades técnicas de masa (u.t.m.), sin depender de otras magnitudes. Por eso es una unidad fundamental. La medida de fuerza en este sistema es el kilogramo-fuerza (kgf).
• Sistema Cegesimal de Unidades. Su medida de fuerza es el dina (dyn).
• Sistema anglosajón de unidades. Su medida de fuerza es la libra fuerza (lbf).

Tipos de fuerza

Entre los diversos tipos de fuerza, los principales son:

• Fuerza gravitatoria. Es la fuerza de atracción entre dos cuerpos. Depende de la distancia entre ambos y de sus masas.
• Fuerza electromagnética. Repercute sobre los cuerpos que están cargados eléctricamente. Entre los cuerpos cargados con cargas opuestas existe una fuerza que los atrae, mientras que entre los cuerpos cargados con cargas iguales existe una fuerza que los repele. La fuerza electromagnética interviene en transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas.
• Fuerza nuclear fuerte. Mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos: los neutrones y los protones.
• Fuerza nuclear débil. Es la responsable, entre otras cosas, de los decaimientos beta del núcleo atómico.
• Fuerza de rozamiento estática. Es la resistencia que ofrece un cuerpo para ser movido, es igual (pero en sentido contrario) a la fuerza mínima necesaria para moverlo.
• Fuerza elástica. Es la capacidad que tienen determinados objetos para recuperar su forma original al ser deformados. Por ejemplo, los resortes. La fuerza elástica depende de ciertas propiedades físicas de los objetos.
• Fuerza de rozamiento. Cuando un objeto se mueve sobre otro, la resistencia que el segundo ofrece al movimiento del primero se denomina fuerza de rozamiento.
• Fuerza normal. Es la fuerza que la superficie sobre la que se apoya un cuerpo ejerce sobre él. Su dirección es perpendicular a la superficie.
• Fuerza de empuje. Los fluidos (líquidos o gases) ejercen una fuerza de empuje a los cuerpo que están sumergidos en ellos. Esta fuerza tiene dirección vertical y sentido hacia arriba.

Propiedades de la fuerza

Debido a que es una magnitud vectorial, toda fuerza tiene cuatro propiedades:

• Intensidad. Es la cantidad de fuerza ejercida.
• Dirección. Toda fuerza se ejerce en el espacio, con algún ángulo o inclinación con respecto a un sistema de referencia.
• Sentido. Cuando dos objetos ejercen fuerzas uno sobre el otro, la dirección de ambas fuerzas puede ser igual, pero su sentido opuesto (por ejemplo, una fuerza se ejerce de arriba hacia abajo mientras que la otra fuerza se ejerce desde abajo hacia arriba).
• Punto de aplicación. Es la superficie o punto donde se aplica la fuerza.

Sistemas de fuerza

Existe un sistema de fuerzas cuando varias fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un mismo cuerpo. De la interacción de cada una de estas fuerzas (componentes) resulta una única fuerza que se denomina Fuerza Resultante. Estos sistemas pueden ser de:

• Fuerzas colineales. Las fuerzas se aplican sobre la misma recta, es decir, tienen la misma dirección, pero pueden tener el mismo sentido o no.
• Fuerzas paralelas. Las fuerzas no se aplican sobre la misma recta pero sobre rectas paralelas. Si tienen el mismo sentido, la fuerza resultante será la sumatoria de todas ellas. Si tienen el sentido contrario deberán restarse.
• Congruentes angulares. Las fuerzas tienen direcciones distintas pero se cruzan en un punto.

Fuerza a distancia y de contacto

Las fuerzas que los cuerpos ejercen unos sobre otros se distinguen en:

• Fuerzas de contacto. Son todas las fuerzas que se ejercen a través del contacto entre dos objetos. Por ejemplo, la fuerza de rozamiento.
• Fuerzas a distancia. Son aquellas que se ejercen incluso cuando los objetos están distanciados entre sí. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética.

Momento lineal de la fuerza

La fuerza mide la intensidad de las interacciones entre dos partículas o sistemas de partículas y se calcula como la masa de un cuerpo por su aceleración. El momento lineal es el producto de la masa por la velocidad. También se lo denomina cantidad de movimiento.

Efectos estáticos y dinámicos de la fuerza

Los efectos de una fuerza pueden ser:

• Efectos estáticos. Se dan cuando una fuerza deforma los cuerpos.
• Efectos dinámicos. Se dan cuando una fuerza modifica la velocidad de un cuerpo.

Efectos de la fuerza sobre diferentes tipos de cuerpo

Cada objeto tiene características físicas que los hacen reaccionar de formas diferentes ante determinadas fuerzas:

• Cuerpos elásticos. Se deforman al aplicarles una fuerza, pero vuelven a su estado inicial al dejar de aplicarla.
• Cuerpos plásticos. Se deforman al aplicarles una fuerza y no pueden recuperar su estado inicial.
• Cuerpo sólidos. No se deforman o modifican por las fuerzas aplicadas, a menos que la fuerza sea lo bastante intensa como para romperlos.

Las interacciones entre estos diversos objetos dependen de las propiedades (intensidad, dirección, sentido y punto de aplicación) del par de fuerzas involucradas. Por ejemplo, una pelota de goma (elástico) que choca contra una pared (sólido) es momentáneamente deformada en el instante en que choca con la pared y luego la fuerza de reacción de la pared sobre la pelota cambiará su dirección.

Duración de la fuerza

Dependiendo de la duración de la aplicación de las fuerzas, se clasifican en:

• Fuerzas instantáneas. Actúan por un breve instante y, por lo tanto, originan movimientos uniformes.
• Fuerzas constantes. Actúan de forma continuada sobre los cuerpos, por eso los cuerpos son acelerados continuamente mientras la fuerza es aplicada. Un ejemplo es la fuerza de gravedad.

Exterioridad o interioridad de la fuerza

Si bien hablamos principalmente de las fuerzas que un cuerpo ejerce sobre otro(fuerza externa), también existen fuerzas internas en los cuerpos. Las fuerzas atómicas, por ejemplo, son fuerzas internas de un objeto.

Por otra parte, si consideramos como sistema físico a dos cuerpos, por ejemplo, las fuerzas que uno ejerza sobre el otro serán internas al sistema.

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