Empujar una puerta, estirar un muelle, frenar una bici o que caiga una manzana: en todos los casos actúa una fuerza. Las fuerzas son interacciones entre cuerpos y pueden cambiar su forma o su movimiento.
Objetivos
- Definir fuerza y conocer su unidad, el newton
- Describir los efectos de las fuerzas y aplicar la ley de Hooke
- Calcular la resultante de fuerzas de la misma dirección
- Enunciar y aplicar las tres leyes de Newton
- Calcular el peso de un cuerpo y reconocer las fuerzas de la naturaleza
1. Qué es una fuerza
Fuerza: Toda acción capaz de deformar un cuerpo o de cambiar su estado de movimiento (ponerlo en marcha, frenarlo o cambiar su dirección). Se mide en newtons (N).
La fuerza es una magnitud vectorial: para describirla hay que dar su módulo (valor), su dirección, su sentido y su punto de aplicación. Se representa con una flecha.
- Cuerpos plásticos: quedan deformados (plastilina).
- Cuerpos elásticos: recuperan su forma (muelle, goma).
- Cuerpos rígidos: apenas se deforman.
F = k · Δl
Un muelle de k = 200 N/m se estira 5 cm
- Δl = 5 cm = 0,05 m
- F = 200 · 0,05 = 10 N
2. Suma de fuerzas
Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, su efecto conjunto es el de una sola fuerza, la resultante.
- Mismo sentido: se suman. 30 N + 20 N = 50 N.
- Sentidos opuestos: se restan y la resultante va en el sentido de la mayor. 30 N − 20 N = 10 N.
- Perpendiculares: se aplica el teorema de Pitágoras. 3 N y 4 N → √(9 + 16) = 5 N.
3. Las leyes de Newton
Primera ley (inercia): Si la resultante de las fuerzas sobre un cuerpo es cero, el cuerpo sigue en reposo o en MRU. Por eso, al frenar el autobús, tu cuerpo tiende a seguir hacia delante.
Segunda ley (fundamental de la dinámica): La resultante de las fuerzas produce una aceleración: F = m · a. Un newton es la fuerza que da a 1 kg una aceleración de 1 m/s².
Tercera ley (acción y reacción): Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre B, B ejerce sobre A una fuerza igual y de sentido contrario. Actúan sobre cuerpos distintos, por eso no se anulan. Ejemplo: al nadar empujas el agua hacia atrás y el agua te empuja hacia delante.
¿Qué fuerza hace falta para que un carro de 20 kg acelere a 1,5 m/s²?
- F = m · a
- F = 20 · 1,5 = 30 N
4. Peso, rozamiento y fuerzas de la naturaleza
P = m · g
Fuerza de rozamiento: Fuerza que se opone al deslizamiento entre dos superficies en contacto. Depende de los materiales y de lo fuerte que se aprieten. Gracias a ella podemos andar o frenar.
| Fuerza | Actúa entre | Características |
|---|---|---|
| Gravitatoria | Cuerpos con masa | Siempre atractiva; mantiene a los planetas en órbita |
| Eléctrica | Cuerpos con carga | Cargas iguales se repelen y opuestas se atraen |
| Magnética | Imanes y corrientes eléctricas | Polos iguales se repelen y opuestos se atraen |
Recuerda
- Una fuerza deforma o cambia el movimiento; se mide en newtons y es un vector.
- Ley de Hooke: F = k · Δl.
- Inercia; F = m · a; acción y reacción.
- Peso P = m · g, con g ≈ 9,8 N/kg en la Tierra; la masa no cambia de un planeta a otro.
- Fuerzas a distancia: gravitatoria, eléctrica y magnética.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.