La fuerza tiene un significado específico en física y, a diferencia de las películas, no tiene nada que ver con la armonía subyacente del universo. En física, una fuerza es un empujón o un tirón que resulta de una interacción entre dos objetos. Una fuerza puede resultar del contacto directo, como un niño empujando un carro, o de una acción a distancia, como la atracción gravitacional que la Tierra ejerce sobre la Luna. Dentro de estas dos amplias categorías, es posible identificar al menos 10 fuerzas diferentes que ayudan a dar forma al universo y condicionan nuestra experiencia en él.
Fuerzas de contacto
Cuando formuló sus leyes del movimiento, Sir Isaac Newton sin duda imaginó las fuerzas de contacto como sus principales ejemplos. Estas son las fuerzas que resultan de la interacción física directa entre dos objetos. Según la segunda ley de Newton:
F = ma
una fuerza de magnitud F produce una aceleración "a" cuando se aplica a un objeto con masa "m".
Fuerza aplicada- Este es el tipo de fuerza más fácil de entender. Empuje un objeto y el objeto empuja hacia atrás, dice la Primera Ley de Newton, hasta que la magnitud de la fuerza supera la inercia del objeto. En ese punto, el objeto comienza a moverse y, en ausencia de otras fuerzas, acelera en una cantidad proporcional a las magnitudes de su masa y la fuerza aplicada.
Fuerza normal- La fuerza es una cantidad vectorial, lo que significa que su magnitud depende de la dirección. En cualquier interacción entre dos objetos, la fuerza normal es la fuerza perpendicular a la interfaz entre los objetos que interactúan. La fuerza normal no siempre produce movimiento. Por ejemplo, una mesa ejerce una fuerza normal sobre un libro para vencer la fuerza de la gravedad y evitar que el libro se caiga.
Fuerza de fricción- La fuerza de fricción generalmente resiste el movimiento. Es el resultado del hecho de que las superficies en el mundo real no son perfectamente lisas. La magnitud de la fuerza de fricción ejercida por una superficie depende del coeficiente de fricción del material del que está hecha la superficie y del objeto que se mueve a lo largo de ella. La fuerza de fricción sobre un objeto en reposo, denominada fricción estática, es diferente de la de un objeto en movimiento, denominada fricción por deslizamiento.
Resistencia del aire- Los objetos que se mueven a través de la atmósfera terrestre encuentran una fuerza resistiva creada por la fricción generada por las moléculas de aire. Esta fuerza se vuelve más fuerte con el aumento de la velocidad y el aumento del área de superficie perpendicular a la dirección del movimiento. Es una cantidad importante en las industrias aeronáutica y aeroespacial.
Fuerza de tensión- Ate una cuerda a un objeto fijo, tire del otro extremo y la cuerda tira hacia atrás hasta que se rompe. La fuerza que ejerce la cuerda es la fuerza de tensión, que se aplica a lo largo de su longitud. Es una propiedad del material del que está hecha la cuerda, así como del diámetro.
Fuerza de la primavera- La cantidad de fuerza necesaria para comprimir un resorte depende del material del que está hecho, el diámetro del alambre que forma las espiras y el número de espiras. Estas propiedades se cuantifican en un número característico del resorte llamado constante de resorte "k". La fuerza necesaria para comprimir el resorte una distancia "x" viene dada por la Ley de Hooke:
F = kx
Fuerzas de acción a distancia
Las fuerzas fundamentales de la naturaleza que mantienen a los planetas girando y al sol y las estrellas encendidos actúan a distancia. Sin ellos, el universo que conocemos probablemente no existiría o, si existiera, sería un lugar muy diferente.
Fuerza gravitacional- La razón de la existencia de esta fuerza es un misterio, pero si no existiera, los planetas y las estrellas no podrían formarse. La magnitud de la fuerza gravitacional que los objetos ejercen entre sí depende de las masas de los objetos y de la inversa del cuadrado de la distancia entre ellos. Cuanto más masivos sean los objetos y / o cuanto menor sea la distancia entre ellos, mayor será la fuerza.
Fuerza electromagnetica- Aunque no parecen ser lo mismo, la electricidad y el magnetismo están relacionados. Los electrones que fluyen producen magnetismo y un imán en movimiento produce electricidad. La relación entre estos fenómenos fue explicada por el físico escocés James Clerk Maxwell en el siglo XIX y se cuantifica en sus ecuaciones. La electricidad ejerce una fuerza a través de la atracción o repulsión de partículas cargadas, mientras que la fuerza magnética se debe a la atracción o repulsión causada por los polos magnéticos.
La fuerza fuerte- Debido a que todos los protones están cargados positivamente, se repelen entre sí y no podrían formar un núcleo atómico si no existiera la fuerza fuerte para mantenerlos unidos. La fuerza fuerte es la fuerza más poderosa de la naturaleza. También es el que une a los quarks para formar protones y neutrones.
La fuerza débil- La fuerza débil es otra fuerza nuclear fundamental. Es más fuerte que la gravedad, pero solo funciona a distancias infinitesimalmente cortas. Transportada por haces subatómicos de energía llamados bosones, la fuerza débil hace que los protones se conviertan en neutrones y viceversa durante la desintegración nuclear. Sin esta fuerza, la fusión nuclear sería imposible y las estrellas, como el sol, no existirían.