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Movimiento · Energía · Fuerza
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En física clásica, la fuerza (F) es aquello que puede alterar (en un mismo referencial asumido inercial) el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de deformarlo. Esta definición no puede ser desenlazada de la Tercera Ley de Newton (que "afirma" que la fuerza es la expresión física para la interacción entre dos entes físicos [o entre dos partes de un mismo ente], definiendo entonces la dirección, el sentido y la igualdad de los módulos de las fuerzas de un par acão-reacción), y de la Segunda Ley de Newton (que define el módulo de la fuerza basándose en la definición de aceleración y del quilograma-normalizado [masa]).
Detectamos una fuerza a través de sus efectos. Estos pueden ser: la variación en el módulo de la velocidad del cuerpo (por ejemplo, cuando se da uno chute en un balón en reposo); una alteración en la dirección y sentido del movimiento del cuerpo (en el Movimiento Circular Uniforme o en el "efecto" en el vuelo de un balón); o puede haber una deformación en el cuerpo en que es aplicada la fuerza (y.g. la deformación momentânea del balón cuando es chutada).
Tabla de contenido |
Fuerza en el ámbito de la mecánica clásica
Fórmula de la fuerza
Para un cuerpo de masa constante, la fuerza resultante sobre él posee módulo igual al producto entre masa y aceleración.
Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \left(\mathbf F=m. \mathbf la\right) .
Tal ecuación provém de la segunda Ley de Newton o principio fundamental de la dinámica (p.f.d.).
De manera más general tenemos que fuerza es la derivada temporal total del momento lineal o cantidad de movimiento Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \left(\mathbf F=\frac{d \mathbf p}{dt}\right) . Para el caso de masa constante, esta se muestra análoga a la primera.
Las tres leyes de Newton
Isaac Newton, a partir de sus reflexiones y análisis, enunciou las tres leyes básicas del movimiento que heredaron su nombre, en homenaje.
Primera Ley de Newton
Esta ley responde a la pregunta sobre lo que es Referencial inercial, y remueve la idea aristotélica de que es necesaria la presencia de una fuerza para que un cuerpo permanezca en movimiento. Las definiciones de Inercia y de referencial inercial se fundamentan en la idea de fuerza conforme definido (como la expresión física de la interacción entre DOS entes físicos), y así el concepto de fuerza es primordial dentro de las leyes de la mecánica.
Segunda Ley de Newton
Esta ley puede ser así enunciada: la fuerza que tutéa en un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que él presenta, y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo. Note que la Segunda Ley completa (basada en la Tercera Ley y en la Primera Ley) es la definición de fuerza, estableciendo ella el módulo y también la unidad de esta. La unidad de fuerza deriva de unidades pre-establecidas: la unidad de aceleración (m/s²) y a de masa (Kg - vide quilograma-normalizado).
Cuando una fuerza es aplicada, esta produce trabajo y transfiere o remueve energía del objeto sobre el cual tutéa, desde que el objeto se mueva de forma paralela a la fuerza aplicada.
Las pseudo-fuerzas o fuerzas inerciais "transforman", imaginariamente, un referencial no inercial en inercial, permitiendo que las previsiones decurrentes del uso de las Leyes de Newton en las referencias no inerciais concuerden con lo que es observado a partir de estos referenciais. Sin estas correcciones, las previsiones y las observaciones no concordarían. El nombre fuerza inercial dato a la estas pseudo-fuerzas es por lo tanto bien sugestivo.
Tercera Ley de Newton
Esta ley se refiere a la fuerza como expresión física de la interacción entre DOS objetos. Según esta Ley, para haber fuerza, o mejor: fuerzas (una vez que siempre aparecen a los pares), debemos ser capaz de encontrar DOS físicos en interacción. Si no fuéramos capaces de identificar los dos objetos o entes, y creamos que existe una fuerza sobre un único objeto del universo, entonces estaremos delante del que se llama en física de pseudo-fuerza (falsa fuerza) o fuerza inercial, y no de una fuerza en su definición formal. El ejemplo más preciso es lo del movimiento circular, donde hay una fuerza centrípeta (real), pero no hay una fuerza (en la definición del término) centrífuga. La fuerza centrífuga no existe como fuerza real y sí como una pseudo-fuerza (una falsa fuerza) observada en referenciais NO inerciais.
La Tercera Ley puede ser así enunciada: si un cuerpo "A" aplicar una fuerza sobre un cuerpo "B", este último aplicará sobre "La" otra fuerza de la misma intensidad y misma dirección, pero en el sentido contrario.
Fuerzas fundamentales
De la interacción entre entes físicos
En la naturaleza reconocemos cuatro tipos de fuerzas fundamentales, enumeradas por su orden de grandeza:
La fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil están presentes en el núcleo atómico y no son observadas en el cotidiano.
La fuerza eletromagnética es responsable por todas las interacciones observadas el día-a-día, exceptuándose las interacciones gravitacionais.
La fuerza de la gravedad se constituye en la cuarta especie de fuerza, sobre la cual Newton se debruçou, cuestionándose sobre el motivo de los objetos caigan en el suelo (fábula de la manzana cayendo junto al nacer de la luna en el horizonte).
Galileu ya tenía descubierto que los objetos aceleraban a medida que caían, (o sea, que sufrían alteraciones en su movimiento), y que los cuerpos próximos a la superficie terrestre caen (en caída libre) con la misma aceleración: la aceleración de la gravedad. Newton justificó este hecho "definiendo" y describiendo el comportamiento de una fuerza que un cuerpo massivo ejerce sobre otro cuerpo massivo: la fuerza de la gravedad. Los objetos próximos a la Tierra caen debido a la fuerza de atracción gravitacional entre la Tierra (con su enorme masa) y el objeto (con masa diminuta). Por el mismo motivo, los objetos celestes son mantenidos en sus órbitas unos alrededor de los otros (Por ejemplo: la Tierra alrededor del Sol, y la Luna alrededor de la Tierra).
La ley de la gravedad
La ley de la gravedad de Newton es conocida como Ley de la Gravitação Universal, y con ella Newton "explicó" la atracción gravitacional, y mostró que diferente de los pensamientos heredados de la sociedad griega antigua, la física celeste no era necesariamente diferente de la física del mundo sublunar, y que en ambos casos valía la Ley de la Gravitação Universal y las demás leyes.
En homenaje, la unidad SÍ de fuerza Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \left(\mathbf F =m. \mathbf la\right) es el newton (N).
Considerando que la aceleración de la gravedad terrestre prójima a la superficie es un número próximo a 10 m/s²(aunque por veces aparezca como 9,8m/s²), el peso de un cuerpo de 1.000 g (1 kg) se aproxima de 10 N, o sea: 1 kgf (quilograma fuerza) = 9,8 N (newtons).
Definición avanzada de fuerza
Los conceptos físicos de fuerza y masa surgen en teorías o plantillas destinadas a establecer la dinámica en sistemas compuestos o por entes semejantes o por entes de naturaleza a veces bien distinguidas. En estas plantillas siempre figuran también dos otros conceptos fundamentales, el concepto de momento y el concepto de energía. Los conceptos de energía y momento son importantes porque sus definiciones se dan de forma que energía y momento siempre obedezcan la leyes generales de conservación, leyes estas decurrentes de la existencia de reglas naturales de relacionamento entre entes y/o sistemas que son, en principio, estables y muy bien establecidas. En este contexto, energía y momento guardan íntima relación, y un ente físico es caracterizado por su relación de dispersão, un gráfico o función que explicita la relación existente entre el momento y la energía para este ente.
ES con base en la definición de momento que se establece la definición general de fuerza en las teorías para la dinámica de entes físicos:
- la fuerza que tutéa en un ente corresponde a la derivada de su momento en relación al tiempo.
Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): F= \frac {d \mathbf p}{dt}
La expresión Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \frac {d(m \mathbf v)}{dt}
para la fuerza dentro de la mecánica newtoniana transcurre directamente de la expresión Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf p=m \mathbf v para el momento Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf p
, y se iguala a la conocida expresión Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf F=m \mathbf a
cuando la masa es constante.
La expresión para la fuerza dentro de una teoría dinámica más avanzada puede mostrarse, sin embargo, mucho más "complicada". En la relatividade restricta, donde el momento relativístico P es definida por:
- Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf p = \frac{m_lo\,\mathbf v}{\sqrt{1-\mathbf v^2/c^2}}\,
la expresión derivada para la fuerza es: Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf F = \frac{\mathrm{d}\mathbf p}{\mathrm{d}t} = \frac{m\,\mathbf la \sqrt}{{1-\mathbf v^2/c^2}} + \frac{m\,\mathbf v\,(\mathbf{v}\cdot\mathbf{a )}}{c^2\,(\sqrt{1-\mathbf v^2/c^2})^3}
Esta expresión, bien diferente de la ecuación fundamental de la dinámica, nos informa que, en relatividade, fuerza y aceleración no son necesariamente paralelas. Hay una componente de la fuerza en la direcão de la aceleración, pero hay también una componente de la fuerza en la dirección de la velocidad de la partícula. La compreensão de la dinámica cuando se trata de ralatividade requiere así una intuição muy mayor, generalmente huyendo de la visión de mundo asociada a la mecánica newtoniana en nivel comparable al de la mecánica de Aristóteles cuando confrontada con a de Newton.
En la oportunidad se cita, de pasada, la definición general de masa:
- la masa de un dato ente físico corresponde a la inversa de la derivada segunda de la energía en relación al momento.
Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): m= (\frac {d^2Y d}{p^2})^{-1}
Resumo final
Fuerza
La fuerza es la expresión vectorial y completa de la interacción entre dos entes físicos.
ES definida, de forma general, como la derivada temporal del momento: Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \mathbf F = \frac {d\mathbf p}{dt} .
En el escopo de la Mecánica Clásica esta definición está derivada de las tres leyes de la dinámica (Leyes de Newton), y por lo tanto siempre está en consonancia con ellas. Las fuerzas aparecen a los pares, siempre habiendo para cada acción una reacción identificável.
Pseudo-fuerza
Las pseudo-fuerzas (o fuerzas inerciais) son fuerzas fictícias (no reales) utilizadas para "transformar" referenciais no inerciais en inerciais. Las fuerzas inerciais son añadidas a los cálculos para permitir el empleo de las Leyes de Newton y la descripción de los movimientos cuando son vistos y descritos a partir de referenciais no inerciais. No se consigue establecer un par acción-reacción para una fuerza inercial. Son (pseudo)fuerzas solitarias. Son ejemplos la fuerza centrífuga y la fuerza de coriolis.
Fuerzas fundamentales
Hay cuatro formas de interacción básicas entre dos entes físicos: la nuclear fuerte, la nuclear débil, la eletromagnética y la gravitacional.
Exceptuándose la fuerza de la gravedad, toda interacciónobservada el día-a-día tiene naturaleza eletromagnética (incluyéndose la fuerza de fricción y de contacto).
La fuerza de la gravedad representa la interacción entre dos objetos en virtud de sus masas (de reposo), y por lo tanto afecta todos los objetos que existen en la superficie de la Tierra, y también en el universo. La fuerza de gravedad es el peso.
En la Tierra, la aceleración de la gravedad vale aproximadamente g=9,8 m/s² , y el peso de los objetos puede ser calculado por Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): \left(\mathbf P=m. \mathbf g\right) . La fuerza de reacción del peso de cualquier objeto en relación a la Tierra está siempre en la propia Tierra.
Ver también
- Masa
- Fuerza en la relatividade
- Fuerza de fricción
- Fuerza normal
- Energía
ckb:ھێز (فیزیک)
