La fuerza es una descripción cuantitativa de una interacción que provoca un cambio en el movimiento de un objeto. Un objeto puede acelerar, desacelerar o cambiar de dirección en respuesta a una fuerza. Dicho de otra manera, la fuerza es cualquier acción que tienda a mantener o alterar el movimiento de un cuerpo o distorsionarlo. Los objetos son empujados o tirados por fuerzas que actúan sobre ellos.
La fuerza de contacto se define como la fuerza ejercida cuando dos objetos físicos entran en contacto directo entre sí. Otras fuerzas, como la gravitación y las fuerzas electromagnéticas, pueden ejercerse incluso a través del vacío vacío del espacio.
Conclusiones clave: términos clave
- Fuerza: descripción de una interacción que provoca un cambio en el movimiento de un objeto. También se puede representar con el símbolo F.
- El Newton: la unidad de fuerza dentro del sistema internacional de unidades (SI). También se puede representar con el símbolo N.
- Fuerzas de contacto: Fuerzas que tienen lugar cuando los objetos se tocan entre sí. Las fuerzas de contacto se pueden clasificar de acuerdo con seis tipos: tensión, resorte, reacción normal, fricción, fricción de aire y peso.
- Fuerzas sin contacto: Fuerzas que tienen lugar cuando dos objetos no se tocan. Estas fuerzas se pueden clasificar de acuerdo con tres tipos: gravitacionales, eléctricas y magnéticas.
Unidades de fuerza
La fuerza es un vector; tiene tanto dirección como magnitud. La unidad SI para la fuerza es el newton (N). Un newton de fuerza es igual a 1 kg * m / s2 (donde el símbolo «*» significa «tiempos»).
La fuerza es proporcional a la aceleración , que se define como la tasa de cambio de velocidad. En términos de cálculo, la fuerza es la derivada del impulso con respecto al tiempo.
Fuerza de contacto frente a fuerza sin contacto
Hay dos tipos de fuerzas en el universo: de contacto y sin contacto. Las fuerzas de contacto, como su nombre lo indica, tienen lugar cuando los objetos se tocan entre sí, como patear una pelota: un objeto (su pie) toca el otro objeto (la pelota). Las fuerzas sin contacto son aquellas en las que los objetos no se tocan entre sí.
Las fuerzas de contacto se pueden clasificar según seis tipos diferentes:
- Tensional: como una cuerda que se tensa
- Resorte: como la fuerza que se ejerce al comprimir dos extremos de un resorte.
- Reacción normal: donde un cuerpo reacciona a una fuerza ejercida sobre él, como una pelota que rebota en un asfalto.
- Fricción: la fuerza ejercida cuando un objeto se mueve a través de otro, como una pelota que rueda sobre un asfalto.
- Fricción del aire: la fricción que se produce cuando un objeto, como una pelota, se mueve por el aire.
- Peso: donde un cuerpo es empujado hacia el centro de la Tierra debido a la gravedad.
Las fuerzas sin contacto se pueden clasificar de acuerdo con tres tipos:
- Gravitacional: que se debe a la atracción gravitacional entre dos cuerpos.
- Eléctrico: que se debe a las cargas eléctricas presentes en dos cuerpos.
- Magnético: que se produce debido a las propiedades magnéticas de dos cuerpos, como los polos opuestos de dos imanes que se atraen entre sí.
Fuerza y leyes del movimiento de Newton
El concepto de fuerza fue originalmente definido por Sir Isaac Newton en sus tres leyes del movimiento . Explicó la gravedad como una fuerza atractiva entre cuerpos que poseían masa . Sin embargo, la gravedad dentro de la relatividad general de Einstein no requiere fuerza.
La Primera Ley del Movimiento de Newton dice que un objeto continuará moviéndose a una velocidad constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Los objetos en movimiento permanecen en movimiento hasta que una fuerza actúa sobre ellos. Esta es la inercia. No acelerarán, desacelerarán ni cambiarán de dirección hasta que algo actúe sobre ellos. Por ejemplo, si desliza un disco de hockey, eventualmente se detendrá debido a la fricción en el hielo.
La Segunda Ley del Movimiento de Newton dice que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración (la tasa de cambio del momento) para una masa constante. Mientras tanto, la aceleración es inversamente proporcional a la masa. Por ejemplo, cuando lanzas una pelota al suelo, ejerce una fuerza hacia abajo; el suelo, en respuesta, ejerce una fuerza hacia arriba que hace que la pelota rebote. Esta ley es útil para medir fuerzas. Si conoce dos de los factores, puede calcular el tercero. También sabe que si un objeto se acelera, debe haber una fuerza actuando sobre él.
La tercera ley del movimiento de Newton se relaciona con las interacciones entre dos objetos. Dice que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Cuando se aplica una fuerza a un objeto, tiene el mismo efecto sobre el objeto que produjo la fuerza, pero en la dirección opuesta. Por ejemplo, si saltas de un bote pequeño al agua, la fuerza que usas para saltar hacia adelante en el agua también empujará el bote hacia atrás. Las fuerzas de acción y reacción ocurren al mismo tiempo.
Fuerzas fundamentales
Hay cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan las interacciones de los sistemas físicos. Los científicos continúan persiguiendo una teoría unificada de estas fuerzas:
1. Gravitación: la fuerza que actúa entre masas. Todas las partículas experimentan la fuerza de la gravedad. Si sostienes una pelota en el aire, por ejemplo, la masa de la Tierra permite que la pelota caiga debido a la fuerza de la gravedad. O si un pajarito sale de su nido, la gravedad de la Tierra lo empujará hacia el suelo. Si bien se ha propuesto que el gravitón es la partícula que media la gravedad, aún no se ha observado.
2. Electromagnético: la fuerza que actúa entre cargas eléctricas. La partícula mediadora es el fotón. Por ejemplo, un altavoz usa la fuerza electromagnética para propagar el sonido, y el sistema de bloqueo de la puerta de un banco usa fuerzas electromagnéticas para ayudar a cerrar herméticamente las puertas de la bóveda. Los circuitos de energía de los instrumentos médicos, como la resonancia magnética, utilizan fuerzas electromagnéticas, al igual que los sistemas de tránsito rápido magnético en Japón y China, llamados «maglev» para la levitación magnética.
3. Nuclear fuerte: la fuerza que mantiene unido el núcleo del átomo, mediada por gluones que actúan sobre quarks , antiquarks y los propios gluones. (Un gluón es una partícula mensajera que une quarks dentro de los protones y neutrones. Los quarks son partículas fundamentales que se combinan para formar protones y neutrones, mientras que los antiquarks son idénticos a los quarks en masa pero opuestos en propiedades eléctricas y magnéticas).
4. Nuclear débil: la fuerza que está mediada por el intercambio de bosones W y Z y se ve en la desintegración beta de los neutrones en el núcleo. (Un bosón es un tipo de partícula que obedece las reglas de las estadísticas de Bose-Einstein). A temperaturas muy altas, la fuerza débil y la fuerza electromagnética son indistinguibles.
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