Sin duda ha escuchado la palabra "fuerza" usada de muchas formas, la mayoría de ellas mal definidas ("campo de fuerza", "fuerza de un campo magnético") o no relacionado con la ciencia física ("juego de fuerza", "lucha fuerza.")
Una fuerza en física es cualquier cosa que actúa para acelerar algo con masa. Hay una serie de ecuaciones que relacionan la fuerza con otras cantidades, como el trabajo, la presión y la energía, pero la más básica esF = ma, que establece que una masametroexperimenta una aceleraciónacuando se somete a una fuerza netaF, actuando en una dirección especificada con una magnitud especificada.
Debido a que conocer los valores específicos de las fuerzas es esencial en la ingeniería y otras industrias en todo el mundo, los instrumentos para determinar con precisión la fuerza son fáciles de obtener.
Unidades de fuerza
La unidad SI (métrica) de fuerza es el newton (N), mientras que las unidades SI de masa y aceleración son kilogramos (kg) y metros por segundo al cuadrado (m / s2). Por tanto, el N es una unidad derivada y se traduce en kg m / s2.
Dado que cualquier campo gravitacional tiende a acelerar todas las masas a su alcance, el resultado es lo que los humanos llaman peso en términos cotidianos. Por lo tanto, una báscula doméstica o de un club de salud es una especie de medidor de fuerza, porque si bienmuestrasu masa en kilogramos (o su peso equivalente en libras) en realidadmedidassu peso como resultado de la gravedad, en la Tierra igual a 9,81 m / s2.
Ley de Hooke
La mayoría de los medidores de fuerza con los que se puede encontrar aprovechan un principio llamado ley de Hooke, que lleva el nombre de Robert Hooke, cuyo trabajo en el siglo XVII abarcó la física, la química, la biología y prácticamente todos los demás campos de investigación durante esta época de rápidos avances científicos. Progreso.
La ley establece que la fuerza requerida para estirar un material elástico (como un resorte) a una distancia dada es proporcional a la distancia que el resorte se estira desde su punto de equilibrio:
El signo negativo implica que la fuerzase oponeel tramo, siendo igual en magnitud pero exactamente opuesto en distancia.
Aplicaciones de la ley de Hooke además del medidor de fuerza
La ley de Hooke se ha aplicado en todos los campos de la ingeniería y la construcción que pueda nombrar o incluso imaginar. En los primeros días de la fabricación de relojes, los resortes eran esenciales para garantizar un funcionamiento preciso, ya que el cronometraje en los siglos XVII y XVIII aún no era una cuestión de sincronización GPS.
La ley de Hooke se ha invocado en la fabricación de manómetros (manómetros), equipos en el mundo de acústica y sismicidad y, a medida que avanza el siglo XXI, también en aplicaciones de nanotecnología. Pero su utilidad en un simple medidor de fuerza es quizás la forma más fácil de explicarlo incluso hoy.
Medidor de fuerza: el medidor de resorte
La ley de Hooke se puede aplicar a un resorte en una superficie horizontal, de modo que la fuerza ejercida sobre el objeto por la gravedad se equilibre con la fuerza ascendente de la superficie (la fuerza normal). Si la fuerza necesaria para estirar el resorte 1,5 m es 300 N, puede calcularken la ley de Hooke, elconstante de resorte:
F = -kx \ implica 300 \ text {N} = k (1.5 \ text {m}) \ implica k = 200 \ text {N / m}
Amedidor de fuerzaes en cambio una construcción vertical, y tiene un resorte que está calibrado de tal manera que una masa sometida a La gravedad de la Tierra moverá el resorte hacia abajo desde su posición de reposo (equilibrio) por un conocido, fijo Monto. Por tanto, se sabe que una masa de 10 kg tiene un peso de (1 kg) (9,81 m / s2) = 98,1 N, y el medidor de fuerza se puede etiquetar de acuerdo con este principio.
Tenga en cuenta que para estirar un resorte o cualquier objeto elástico al doble de la distancia que ya se ha estirado, se debe aplicar el doble de fuerza y así sucesivamente, como dicta la ley de Hooke. En realidad, ningún material es perfectamente elástico y todos los resortes se rompen, ya sea por "desgastarse" o romperse traumáticamente bajo suficiente tensión o tensión.
