Fuerza

Descomposición de las fuerzas que actúan sobre un sólido situado en un plano inclinado.

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas . Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o deenergía.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N , nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.

Fricción

La fricción en sólidos puede darse entre sus superficies libres en contacto. En el tratamiento de los problemas mediante mecánica newtoniana, la fricción entre sólidos frecuentemente se modeliza como una fuerza tangente sobre cualquiera de los planos del contacto entre sus superficies, de valor proporcional a la fuerza normal.

El rozamiento entre sólido-líquido y en el interior de un líquido o un gas depende esencialmente de si el flujo se considera laminar o turbulento y de su ecuación constitutiva.

Fuerza gravitatoria

Fuerzas gravitatorias entre dos partículas.

En mecánica newtoniana la fuerza de atracción entre dos masas, cuyos centros de gravedad están lejos comparadas con las dimensiones del cuerpo,² viene dada por la ley de la gravitación universal de Newton:

Donde:

 es la fuerza que actúa sobre el cuerpo 2, ejercida por el cuerpo 1.

 constante de la gravitación universal.

 vector de posición relativo del cuerpo 2 respecto al cuerpo 1.

 es el vector unitario dirigido desde 1 hacía 2.

 masas de los cuerpos 1 y 2.

LEYES DE ISAAC NEWTON

Primera ley de Newton o ley de la inercia

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.⁵

Segunda ley de Newton o ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.⁷

Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.⁷

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

Movimiento circular uniformemente variado

Este movimiento se presenta cuando un móvil con trayectoria circular varia en cada unidad de tiempo su velocidad angular en forma constante, por lo que se aceleración angular permanece constante.

Las ecuaciones empleadas para el movimiento circular uniformemente variado son las mismas que las que se utilizan en el MRUV considerando el cambio en la nomenclatura y unidades.

Velocidad lineal o tangencial

Representa la velocidad que llevaría una partícula que se mueve circularmente si saliera disparada tangencialmente.

ACELERACION LINEAL O TANGENCIAL

Una partícula presenta esta aceleración cuando durante su movimiento circular cambia su velocidad lineal.

ACELERACION RADIAL O CENTRÍPETA

En un movimiento circular uniforme la magnitud de la velocidad lineal permanece constante, pero su dirección cambia permanentemente en forma tangencial a la circunferencia. Dicho cambio en la dirección de la velocidad se debe a la existencia de la llamada aceleración radial o centrípeta. Es radial porque actúa perpendicularmente a la velocidad lineal y centrípeta porque su sentido es hacia el entro de giro o eje de rotación.

Como la aceleración lineal representa un cambio en la velocidad lineal y la aceleración radial presenta un cambio en la dirección de la misma, se puede encontrar la resultante de las dos aceleraciones mediante la suma vectorial de ellas

La causa del movimiento de los cuerpos es una fuerza.

Fuerza. Es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de variar su estado de reposo o de movimiento. Es la medida de la interacción entre los cuerpos. El efecto que una fuerza produce sobre un cuerpo depende de su magnitud, así como de su dirección y sentido, una fuerza es una magnitud vectorial.

Masa: Es la cantidad de materia de un cuerpo. La masa de un cuerpo es una medida de su inercia.

Peso: Es la fuerza gravitacional con la que la tierra atrae a los cuerpos hacia su centro.

¿QUÉ ES FÍSICA?

¿Qué es física?

La física forma parte de las ciencias llamadas Ciencias Naturales que junto con la química y la Biología indagan sobre los fenómenos que percibimos como realidad.

Podemos decir que la física se encarga de la construcción de modelos funcionales que se ajustan mas o menos a los hechos del mundo y nos permiten interpretar y predecir los fenómenos que suceden a nuestro alrededor, tan funcionales son dichos modelos que a partir de ellos se ha podido generar la tecnología de la que disfrutamos en nuestra vida diaria.

Cuando los físicos idean modelos de cómo piensan que se comparta la naturaleza, recurren a su imaginación e intuición. Sin embargo, una vez construido un modelo en la física (que posteriormente estudiamos cuando aparecen en libros, revistas o Internet), se busca validarlo y aplicarlo dándole un carácter cuantitativo. Esto es, a partir de los modelos se pretende obtener conclusiones numéricas que validen y certifiquen lo que plantea ese modelo, para lo cual los físicos inventan o construyen herramientas que les permiten medir las propiedades que le asignan al objeto en estudio, a lo que se le denomina magnitud física.

Magnitud física: Herramienta construidas y aceptadas por las comunidades científicas, que se usan para establecer y discutir modelos que intentan describir e interpretar el comportamiento del Universo

Las magnitudes físicas pueden ser de dos tipos:

• Magnitudes fundamentales. Las magnitudes fundamentales son aquellas que no se definen en función de otras magnitudes físicas, estas fueron definidas y aceptadas por las comunidades científicas y a partir de ellas se pueden derivar otras muchas magnitudes utilizadas en física. Son magnitudes fundamentales: longitud, masa, tiempo y carga eléctrica.

• Magnitudes derivadas. Las magnitudes derivadas resultan de la relación de magnitudes fundamentales, ejemplo de ello es la velocidad, que resulta de relacionar la longitud con el tiempo (v = d/t), otros ejemplos son: área, volumen, aceleración, fuerza, trabajo, etc.

Otra clasificación de las magnitudes físicas puede ser:

• Magnitudes escalares.: Son aquellas que para quedar bien definidas, solo requieren una cantidad expresada en números y el nombre de la unidad de medida, ejemplo: longitud o distancia (3 m), masa (4 kg), tiempo (2 s), temperatura (20 °K).

• Magnitudes vectoriales. Son aquellas que para quedar bien definidas, además de la cantidad expresada en número y el nombre de la unidad, requieren que se señale la dirección, ejemplo de estas magnitudes son: el desplazamiento (6 m al norte), la velocidad (28 m/hr al noroeste), la aceleración (80 m/s2 al sur), la fuerza (35 N a 30° NE).

Cualquier magnitud vectorial, puede ser representada gráficamente por medio de un vector.

Vector. Es un segmento de recta dirigido con las siguientes características:

• a) Punto de aplicación u origen,
• b) Magnitud, intensidad o módulo del vector. Indica su valor y se representa por la longitud del vector de acuerdo con la escala utilizada.
• c) Dirección, señala la línea o ángulo de inclinación sobre la cual actúa el vector.

Los sistemas vectoriales, es decir el conjunto de vectores que actúan al mismo tiempo sobre un solo objeto, pueden encontrarse en un plano o en el espacio, concurrir en un solo punto o ser paralelos, con lo que los podemos diferenciar en:

DINÁMICA

La dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas ocuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.
Cálculo en dinámica[

En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema.

En mecánica clásica y mecánica relativista, mediante de los conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración es posible describir los movimientos de un cuerpo u objeto sin considerar cómo han sido producidos, disciplina que se conoce con el nombre de cinemática. Por el contrario, la dinámica es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas. En sistemas cuánticos la dinámica requiere un planteamiento diferente debido a las implicaciones del principio de incertidumbre.

El cálculo dinámico se basa en el planteamiento de ecuaciones del movimiento y su integración. Para problemas extremadamente sencillos se usan las ecuaciones de la mecánica newtoniana directamente auxiliados de las leyes de conservación. En mecánica clásica y relativista, la ecuación esencial de la dinámica es la segunda ley de Newton (o ley de Newton-Euler) en la forma:

donde F es la sumatoria de las fuerzas y p la cantidad de movimiento. La ecuación anterior es válida pra una partícula o un sólido rígido, para un medio continuo puede escribirse una ecuación basada en esta que debe cumplirse localmente. En teoría de la relatividad general no es trivial definir el concepto de fuerza resultante debido a la curvatura del espacio tiempo. En mecánica cuántica no relativista, si el sistema es conservativo la ecuación fundamental es la ecuación de Schrödinger: