5 - TYPES OF FORCES
5 - TYPES OF FORCES
A veces, los cuerpos que interaccionan están en contacto, otras veces no. Por ejemplo, dos imanes se atraen/repelen entre sí estando a cierta distancia mientras que si queremos mover una silla, tenemos que tocarla. Por eso, decimos que hay fuerzas que actúan por contacto y otras actúan a distancia. En este apartado veremos ambas.
a) Contact forces
Applied force (fuerza aplicada)
Se refiere simplemente a la fuerza que ejercemos sobre un objeto empujándolo. No tiene ninguna fórmula. En un ejercicio, o bien nos dicen cómo actúa (dirección y sentido) y su módulo o bien nos dicen cómo actúa pero el módulo es la incógnita.
En el dibujo, aparece en verde.
Buoyancy (empuje)
Cuando un objeto está sumergido total o parcialmente en un fluido (líquido o gas), está sometido a una fuerza llamada empuje En la foto viene representada en amarillo.
Dirección: vertical.
Sentido: hacia afuera del fluido.
Módulo: peso del fluido desalojado
Puesto que, simultáneamente, actúa sobre él la fuerza de la gravedad (el peso del objeto), la resultante de estas dos fuerzas determinará si el objeto se hunde, se queda donde se dejó o sale a la superficie hasta alcanzar su posicíón de equilibrio con una porción del mismo sobre la superficie libre del fluido.
Normal force (fuerza normal)
Es la fuerza que actúa sobre un objeto cuando éste se encuentra apoyado en una superficie estable.
Dirección de actuación: perpendicular a las superficies que están en contacto.
Sentido: hacia el objeto que está apoyado en la superficie.
Módulo: depende de si la superficie de apoyo es horizontal o está inclinada. Se calcula en cada caso aplicando la segunda ley de Newton.
En la foto, la maceta está apoyada en el alféizar de la ventana y, por tanto, está sometida a la fuerza normal, dibujada en verde.
Tension force (fuerza tensión)
Está fuerza actúa sobre cuerdas, hilos o cables cuando se está actuando sobre ellos en los dos extremos.
Dirección: la del hilo, cuerda o cable.
Sentido: alejándose del objeto.
Módulo: depende de cada caso.
En el dibujo de la izquierda, la niña está jugando con un yoyo. Por un lado, ella está tirando del hilo, y por otro, la Tierra está tirando de él. La fuerza TENSIÓN aparece dibujada en verde.
Elastic force (fuerza elástica)
Es la fuerza que aparece en los muelles cuando éstos son deformados (o estirados o comprimidos) y tiende a devolverles su longitud natural.
Dirección: la de la fuerza que se le aplicó para deformarlo.
Sentido: opuesto al de la fuerza que se le aplicó para deformarlo.
Módulo: igual al de la fuerza que se le aplicó para deformarlo.
En el dibujo se ve cómo al duplicar la masa del objeto que cuelga del muelle, se duplica la fuerza que se aplica al muelle. Aparece, en cada uno de los dos casos, en celeste.
La fuerza recuperadora elástica o simplemente fuerza elástica es la que se desarrolla en un muelle cuando éste es deformado por la acción de una fuerza. Robert Hooke encontró que la intensidad de la fuerza aplicada a un muelle es directamente proporcional a su deformación. La constante de proporcionalidad se llama constante elástica. Este resultado en forma de ecuación es la LEY DE HOOKE. En el vídeo podéis ver cómo se llegó a la ley de Hooke, cómo se determina la constante elástica de un muelle y el significado físico que tiene.
Friction force (fuerza de rozamiento)
Un objeto está sometido a esta fuerza cuando se intenta deslizarlo estando en reposo o se intenta modificar su velocidad estando ya en movimiento.
Dirección: actúa en la dirección de las superficies en contacto (la del objeto que tratamos de deslizar y la superficie de deslizamiento.
Sentido: opuesto al del movimiento:
Módulo: el producto del coeficiente de rozamiento (que es una magnitud adimensional y que depende del material del que están hechos los dos objetos en contacto) por el módulo de la fuerza normal.
En el dibujo aparece en verde (actúa sobre las cuatro ruedas)
Puesto que resulta más difícil poner en movimiento un objeto que modificarle su velocidad cuando ya está moviéndose, existen dos coeficientes de rozamiento: estático y dinámico y, por tanto, dos fuerzas de rozamiento: fuerza de rozamiento estático (la que se opone al deslizamiento de un objeto en reposo) y fuerza de rozamiento dinámico (la que se opone a que se varíe la velocidad de un cuerpo que ya está en movimiento. También existe otra clasificación de las fuerzas de rozamiento: por deslizamiento y por rodamiento.
También cuando un objeto se desplaza en un fluido (líquido o gas), experimenta una fuerza de rozamiento. En este caso se le llama fuerza de viscosidad ( en el caso de que el fluido sea el aire, se dice fuerza de resistencia del aire). su módulo depende de varios factores: la geometría del objeto, el fluido en sí y la velocidad a la que se desplaza.
En la foto de arriba, el coche se desliza sobre la carretera pero también lo hace a través del aire. El aire ejerce una fuerza de rozamiento sobre el coche que se opone a que éste se desplace a su través. Cuando nos interesa que esta fuerza sea lo más pequeña posible, al coche se le da una forma especial: aerodinámica.
b) Action at a distance forces
The action at a distance forces are: gravitational force, electrical force and magnetic force.
In this video you will learn why it is not right to say "this box weighs 2 kg".
EXERCISES:
En este vídeo podéis ver cuáles de las fuerzas que describo al principio de esta página actúan sobre los objetos que aparecen en cada escena, por qué y cómo se representan.
PROBLEMAS SOBRE LA LEY DE HOOKE
1) Un muelle se alarga 20 cm cuando le aplicamos una fuerza de 24 N. Calcula:
a) el valor de su constante elástica.
b) el alargamiento que experimentaría si ejerciéramos sobre él una fuerza de 60 N.
2) Un muelle cuya constante elástica vale 150 N/m tiene una longitud de 35 cm cuando no se le aplica ninguna fuerza. Calcula:
a) la fuerza que debe de ejercerse sobre él para que su longitud sea de 45 cm.
b) la longitud del muelle cuando se le aplica una fuerza de 18 N.
3) Un muelle de longitud inicial 7 cm adquiere una longitud de 15 cm cuando colgamos de él un objeto de masa de 52 g. Calcula:
a) la constante elástica del muelle.
b) La longitud que tendría el muelle si le colgáramos una masa de 70 g.
4) Un muelle se alarga 12 cm cuando colgamos de él un objeto de masa 2,0 kg. Calcula:
a) la constante elástica del muelle.
b) el alargamiento del muelle al colgarle una masa de 2,5 kg.
c) la fuerza que habría que aplicarle para que se alargara 15 cm.
5) Un muelle se alarga 2 cm cuando colgamos de él un objeto de 450 gramos. Calcula:
a) la constante elástica del muelle. Solución: K = 220,5 N/m
b) el alargamiento del muelle al colgarle una masa de 700 gramos. Solución: 0,03 m
c) la fuerza que habría que aplicarle para que se alargara 4 cm. Solución: 8,82 N
6) Un muelle de longitud inicial 9 cm adquiere una longitud de 18 cm cuando colgamos de él un objeto de masa de 500 g. Calcula:
a) la constante elástica del muelle. Solución: K= 54,4 N/m
b) La longitud que tendría el muelle si le colgáramos una masa de 700 g. Solución: 21,6 cm