FUERZAS

LAS LEYES DE NEWTON

La mecánica es la ciencia que estudia cómo y por qué se mueven los cuerpos.

Sus principios fundamentales fueron establecidos por Newton en sus famosas

leyes del movimiento.

Las leyes de Newton son tres:

  1º Ley: Conocida también como Ley de inercía, nos dice que si sobre un cuerpo no actua ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).

Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actua ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

2º Ley: Se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:

F = m a

3º Ley: También conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.

Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.

Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros tambien nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actuan sobre cuerpos distintos. 

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

 

La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Ésta fue presentada por Isaac Newton en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687, donde establece por primera vez una relación cuantitativa (deducida empíricamente de la observación) de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.

Así, con todo esto resulta que la ley de la Gravitación Universal predice que la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas y separados una distancia es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir:

donde

es el módulo de la fuerza ejercida entre ambos cuerpos, y su dirección se encuentra en el eje que une ambos cuerpos.

es la constante de la Gravitación Universal.

Es decir, cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se encuentren, con mayor fuerza se atraerán.

El valor de esta constante de Gravitación Universal no pudo ser establecido por Newton, que únicamente dedujo la forma de la interacción gravitatoria, pero no tenía suficientes datos como para establecer cuantitativamente su valor. Únicamente dedujo que su valor debería ser muy pequeño. Sólo mucho tiempo después se desarrollaron las técnicas necesarias para calcular su valor, y aún hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisión. En 1798 se hizo el primer intento de medición(véase el experimento de Cavendish) y en la actualidad, con técnicas mucho más precisas se ha llegado a estos resultados:

en unidades del Sistema Internacional.

 FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN CUERPO

El peso: es la atracción gravitatoria que sufre todo cuerpo situado cerca de la Tierra. Cuando dicho cuerpo se encuentra sobre su superficie, la distancia entre el cuerpo y el centro de la Tierra es, justamente, el radio de esta.

                                                  P = m · g 

La normal: según el principio de acción y reacción, si un cuerpo se apoya sobre una superficie, recibe de esta superficie la misma fuerza que esté realizando sobre ella.

Esta fuerza se denomina normal y se simboliza con la letra N. Si no existen más fuerzas, la normal es igual al peso.

Fuerza de rozamiento: cuando un cuerpo se desliza sobre una superficie, la fricción entre esta y el cuerpo provoca una fuerza que se opone al movimiento, denominada fuerza de rozamiento.

Esta fuerza depende de la rugosidad de las superficies y de la fuerza de contacto entre ambas, es decir, de la normal. Por todo esto, la fuerza de rozamiento viene dada por:

Fuerza elástica:  es la fuerza que realizan los muelles. Esta fuerza crece a medida que desplazamos el muelle de su posición estática, ya sea estirándolo o contrayéndolo, siempre en dirección contraria a este desplazamiento.

Su valor viene dado por la Ley de Hooke:


   

Tensión: siempre que un cuerpo esté atado a una cuerda, este ejerce sobre él una fuerza que denominamos tensión.

Una cuerda no podría realizar esta fuerza por sí sola. En la figura se puede apreciar que quien realiza realmente la fuerza T es la pared a la que está atada la cuerda, que lo único que hace es comunicársela al bloque.