La palabra fuerza aparece en prácticamente todos los aspectos imaginables de la vida diaria, desde los deportes hasta el clima y los conflictos militares. Pero fundamentalmente, la fuerza es un concepto arraigado en la física, donde tiene un significado muy específico y crítico. La unidad estándar de fuerza es el newton (N), igual a kg ⋅ m / s2.
La fuerza es una de las dos cantidades de física que afectan el movimiento de un objeto, la otra es la masa. La descripción del movimiento de los objetos en el espacio se llama cinemática, que tiene en cuenta la posición, la velocidad y la aceleración; Incluir la fuerza y la masa en el estudio del movimiento introduce el concepto de dinámica.
Leyes del movimiento de Newton
Antes de aprender sobre fuerzas específicas y cómo hacer cálculos que involucran esta cantidad, es útil revisar las tres leyes básicas del movimiento concebidas por Isaac Newton:
1. Todo objeto en un estado de movimiento constante (incluido el reposo) permanecerá en ese estado a menos que actúe una fuerza externa.
2. La fuerza es el producto de la masa y la aceleración.
3. Para cada fuerza, existe una fuerza opuesta en dirección e igual en magnitud.
Segunda ley de Newton es el de mayor interés si desea calcular la fuerza, o determinar la masa o la aceleración si se le da información sobre la fuerza y una de las otras dos cantidades. La aceleración es un cambio de velocidad.
Ejemplos de fuerzas
Puede pensar en una fuerza como algo que empuja o tira; Sin embargo, si bien es útil como metáfora, esto no contribuye mucho a mejorar su comprensión del mundo real. En cambio, una lista que muestre el rango de fuerzas naturales es una mejor herramienta para familiarizarse con las fuerzas que utilizará en sus cálculos físicos.
Peso es una fuerza misteriosa que actúa sobre todos los objetos con masa y es el resultado de la gravedad, que en la superficie de la Tierra tiene un valor de 9,8 metros por segundo al cuadrado (9,8 m / s2). Tensión, elasticidad, fricción. y el llamado fuerza normal son fuerzas que actúan sobre los sólidos; la flotabilidad, la sustentación, el empuje y la resistencia son fuerzas asociadas exclusivamente con los fluidos (líquidos y gases).
La electrostático y magnético las fuerzas están asociadas con partículas cargadas. Además, la naturaleza incluye cuatro fuerzas fundamentales que dan lugar a todas las demás fuerzas. Uno de ellos es la gravedad, que es con mucho la fuerza fundamental más débil; los otros son electromagnetismo y el fuerte y nuclear débil interacciones en átomos.
La ecuación de fuerza
La forma estándar de la fórmula de la fuerza en la física establece que el fuerza externa neta en un objeto es el producto de su masa y su aceleración:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Aquí, la fuerza y la aceleración son cantidades vectoriales, lo que significa que tienen un valor (magnitud, representada por un número) y una dirección en el espacio asociados con ellos. La misa es un cantidad escalar, lo que significa que se describe completamente en términos de su magnitud.
Ejemplo de cálculo de fuerza
Un automóvil compacto con una masa de 1000 kg acelera hacia el norte a 5 m / s2. ¿Cuál es la fuerza producida por esta aceleración?
F = (1.000 kg) (5 m / s2) = 5.000 N.
El automóvil finalmente alcanza una velocidad de 40 m / s (aproximadamente 90 millas por hora) y se nivela a esta velocidad. ¿Cuál es la fuerza externa sobre el automóvil ahora?
Esta es una especie de pregunta capciosa. Mientras que un automóvil a alta velocidad tiene mucho impulso, si el automóvil no experimenta aceleración, ambos lados de la fuerza ecuación son cero, y no hay una fuerza externa neta que actúe sobre el sistema, en este caso que consiste únicamente en el carro. La cantidad física de mayor interés aquí, impulso, es el producto de la masa y la velocidad v (compárelo con la ecuación de fuerza).