9. La fuerza; resultado de las interacciones
por contacto (mecánicas) y a distancia
(magnéticas y electrostáticas), y
representación con vectores
Analizando las interacciones
En los procesos físicos que podemos observar y que ocurren de manera cotidiana, los objetos interaccionan de dos formas: por contacto y a distancia. Las interacciones entre objetos en las que hay contacto físico y se produce cambio de movimiento y deformaciones físicas, se conocen como interacciones por contacto. Toda acción en la que los objetos se tocan pertenece a este tipo de interacción.
¿Qué interacciones por contacto has llevado a cabo hoy?
La plastilina tiene una interacción por contacto que se observa en su deformación al chocar contra el piso.
Con toda seguridad observaste en la actividad exploratoria que el efecto de la interacción ocurre en ambos objetos y no solo en uno de ellos. A este tipo de interacciones también se les denomina interacciones mecánicas
La interacción a distancia. A diferencia de la anterior, no hay un contacto físico entre los objetos, estos no se tocan. ¿Qué interacción a distancia ocurre en ti siempre? La interacción a distancia de la que no podemos escapar, que nos sostiene sobre el suelo y que permite que un objeto caiga cuando lo soltamos, se conoce como fuerza de gravedad. Esta fuerza actúa siempre, sobre todas las personas.
Esta fuerza no solo ocurre con nosotros y todo lo que está sobre la Tierra, también está presente entre la Tierra y la Luna, entre el Sol y la Tierra, y todos los cuerpos celestes.
Los objetos flotan en las estaciones espaciales, pues hay muy poca gravedad, como se puede apreciar en la fotografía.
La interacción eléctrica o fuerza eléctrica. Esta ocurre entre los papelitos y la regla, y por darse a distancia no es necesario que la regla toque los pedacitos de papel, ya que la fuerza eléctrica los atrae.
La interacción a distancia de los imanes se denomina interacción o fuerza magnética. Esta tiene una de las aplicaciones más antiguas en la navegación, ya que la desviación que sufre una brújula por la interacción con el campo magnético de la Tierra permitió la orientación de los navegantes.
La fuerza: una magnitud vectorial
Fuerza: En física, este concepto implica la interacción de dos objetos cuyo resultado es la transformación del estado de movimiento o de reposo que tenían, o bien, las deformaciones provocadas en los objetos.
Una fuerza implica la acción de un cuerpo sobre otro, de tal forma que cambie su estado, ya sea de reposo, de movimiento, o lo deforme. Como hemos visto, no es necesario que los objetos estén en contacto para que esto suceda, ya que hay fuerzas como la electrostática o la magnética que actúan a distancia.
Las fuerzas, al igual que la velocidad y la aceleración, son magnitudes vectoriales que constan de magnitud y dirección. Los vectores se representan por medio de flechas que, por su tamaño, indican la magnitud a la que se asignan las unidades correspondientes. La dirección es determinada por el ángulo que forma la flecha con el eje de las abscisas en un plano cartesiano, de la misma forma que se han indicado los vectores de desplazamiento y velocidad.
Si observas la figura 1.66, puedes notar que los ejes indican el valor de la fuerza en el eje X y el valor de la fuerza en el eje Y. Las fuerzas que actúan sobre un objeto se representan mediante el vector fuerza, que se dibuja sobre el cuerpo que recibe la acción. Para hacerlo se traza un eje de coordenadas sobre el cuerpo o punto que lo representa y a partir del origen de los ejes se traza la flecha que representa el vector.
Representación de un vector en un plano cartesiano
Un ejemplo es el de la figura 1.67, donde un niño jala un carrito de juguete, aplicando una fuerza sobre el carrito. Para representar esta fuerza habrá que dibujar un par de ejes coordenados y el vector fuerza sobre el carrito de juguete que es el que recibe la acción.
Vector que representa la fuerza que ejerce un niño al jalar el carrito de juguete.
Estática es la parte de la Mecánica que estudia las fuerzas en equilibrio. Fuerza es una magnitud vectorial, por lo que necesita una intensidad (módulo), una dirección y un sentido. Además, es necesario un punto de aplicación de dicha fuerza.
Magnitud vectorial
La fuerza es una magnitud vectorial, ya que para describirla completamente es necesario indicar:
Punto de aplicación: es el punto del cuerpo sobre el cual se aplica la fuerza.
Dirección o recta de acción: es la recta por la cual la fuerza tiende a desplazar su punto de aplicación.
Sentido: es una de las dos formas posibles de seguir la recta de acción.
Intensidad: es el valor de la fuerza aplicada (módulo). Las unidades pueden ser Newton (N), kilogramo fuerza (kgf) o dina (dyn)
Por ser una magnitud vectorial, las fuerzas pueden representarse a través de vectores. Un vector es un elemento matemático que nos permite sintetizar intensidad, dirección y sentido
Una magnitud de este tipo se representa matemáticamente por un vector. La longitud de la flecha indica la intensidad de la fuerza. Las unidades son: S.I
(Newton = N), CGS (dinas = dyn), S. Técnico (kilogramo fuerza = Kf).
Por ser una magnitud vectorial, las fuerzas pueden representarse a través de vectores. Un vector es un elemento matemático que nos permite sintetizar intensidad, dirección y sentido.
Cuando representamos una fuerza a través de un vector debemos indicar la escala utilizada.
"Si un cuerpo ejerce fuerza sobre otro, éste ejerce, simultáneamente, sobre el primero otra fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario "
Fórmula de Fuerza Resultante (
𝑭
𝑹
)
EJEMPLOS:
Resolución de problemas de suma de vectores
1.- Un jinete y su caballo tiran o jalan una carga 4 N al norte y 6 N al este.a) ¿Cuál es la fuerza total?
DATOS : 4 N al norte 6 N al este FORMULA : 𝑭𝑹 = (𝑭𝟏) + (𝑭𝟐) + … (𝑭𝒏) FORMULA : SUSTITUCIÓN DE DATOS : 𝑭𝑹 = (4N) + (6N) 𝑭𝑹 = 10 km
EJEMPLOS:
Resolución de problemas de suma de vectores
2.- Una lancha rápida efectúa los siguientes desplazamientos arrastrando un accesorio deportivo acuático: 300N al oeste, 200N al norte, 350N al noreste y 150N al este.¿Cuál es la fuerza total? DATOS : 300N al oeste 200N al norte 350N al noreste 150N al este FORMULA : 𝑭𝑹 = (𝑭𝟏) + (𝑭𝟐) + … (𝑭𝒏) SUSTITUCIÓN DE DATOS : 𝑭𝑹 = (300N) + (200N)+(350N)+(150N) 𝑭𝑹 = 1000 N
Actividad de Aprendizaje #12
Un ciclista efectúa desplazamientos en una montaña cuesta arriba , el primero 7 N al norte, el segundo 5 N al noreste el tercero 13N al este. ¿Cuál es la fuerza total?
Un auto de rally ejerce diferentes fuerzas al cruzar los diferentes lugares como los siguientes que se encionan: la base 1 está a 32N por sierra, la base 2 42N por arena, la base 3 por pantano 13.5N, la base 4 por las dunas del desierto 21N y la meta final a 33.5N por terracería. ¿Cuál es la fuerza total?
Un repartidor de correo que viaja en bicicleta tiene que realizarlas siguientes direcciones: punto bahía a 12N, después a Wal-Mart 1.5N, después a Barceló Karmina Palace 2.3N, sigue su recorrido a el jardín de Santiago 3.9 N y finalmente 2.8N a Campus el Naranjo ¿Cuál es la fuerza total?
