Las fuerzas
Las fuerzas y sus efectos
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Leyes de Newton
1. Ley de la inercia
Todo cuerpo preserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme salvo que actúe una fuerza sobre él.
2. Ley fundamental de la dinámica
El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza ejercida y se hace en la dirección de la línea recta en que se ejerce la fuerza.
$$ F = m\cdot a\quad \text{(la aceleración es proporcional a la fuerza neta)} $$
3. Ley de la acción-reacción
Para toda acción siempre hay una reacción igual y opuesta.
Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, éste ejercerá sobre A una fuerza igual y de sentido contrario.
Ley de Hooke
La ley de Hooke relaciona el alargamiento o elongación, $\Delta x$, que sufre un muelle o resorte bajo la acción de una cierta fuerza $F$:
$$ F = k\cdot \Delta x, $$
donde $k$ es la llamada constante de elasticidad del muelle.
Como se puede ver en la figura, el alargamiento sufrido por el muelle es proporcional a la fuerza ejercida sobre él.
Puedes aprender más sobre masas, resortes y la ley de Hooke con las siguientes simulaciones:
Máquinas simples
Una máquina simple es un dispositivo mecánico que cambia la magnitud o la dirección de una fuerza.
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Ventaja teórica
La ventaja teórica es la relación entre la fuerza obtenida y la fuerza aplicada.
Palanca
Ley de la palanca
La ley de la palanca establece:
$$ P\cdot B_P = R\cdot B_R $$
Torno
Polea
Plano inclinado
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Cuña
Tornillo
Principales fuerzas de la naturaleza
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Rozamiento
La fuerza de rozamiento está asociada al contacto entre superficies rugosas.
Características
- Se genera debido a las imperfecciones, que en mayor parte son microscópicas, entre las superficies en contacto.
- Siempre se opone al movimiento.
- Es paralela a la superficie de apoyo.
- Depende de:
- La naturaleza y el estado de las superficies.
- La fuerza que ejerce un cuerpo sobre otro.
Puedes aprender más sobre la naturaleza del rozamiento con esta simulación:
Puedes seguir aprendiendo más cosas sobre la relación entre las fuerzas y el movimiento con esta simulación:
Gravitatoria
La fuerza gravitatoria es la fuerza con la que los cuerpos se atraen entre sí, siendo directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Peso
A la fuerza con la que la Tierra atrae a un cuerpo de masa $m$ se le llama peso, $P$:
$$ P = m\cdot g, $$
siendo $g$ la aceleración de la gravedad (9.8$\thinspace$N/kg en la Tierra).
Puedes aprender más sobre la fuerza gravitatoria con esta simulación:
Eléctrica
Es la fuerza con la que las cargas eléctricas se atraen (signo opuesto) o se repelen (mismo signo), siendo directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La materia cargada tiene un defecto de electrones, mientras que la materia cargada tiene un exceso de electrones.
Puedes aprender más sobre la fuerza eléctrica con esta simulación:
También puedes arender más sobre la electricidad estática con esta simulación:
| Fuerza gravitatoria | Fuerza eléctrica |
|---|---|
| Se ejerce entre masas. | Solamente se ejerce entre cuerpos con carga eléctrica. |
| Siempre es atractiva. | Puede ser atractiva o repulsiva. |
| Es proporcional al producto de las masas. | Es proporcional al producto de las cargas. |
| Se ejerce a distancia. | |
| Disminuye muy rápidamente al aumentar la distancia. | |
| Su valor no depende del medio. | Su valor depende del medio. |
Magnética
Un imán es un material u objeto que produce un campo magnético, responsable de la fuerza de atracción o repulsión que ejerce sobre otros materiales, como el hierro (Fe).
Partes de un imán
Eje magnético
Línea que une los dos polos.
Polos
Extremos del imán donde las fuerzas son más intensas.
Línea neutra
Línea que separa las zonas polarizadas.
Tipos de imanes
Naturales
Magnetita ($\mathrm{Fe_3O_4}$).
Artificiales permanentes
Materiales magnetizados.
Artificiales temporales
Experiencia de Ørsted
Demostró que las corrientes eléctricas crean campos magnéticos.
Experiencia de Faraday-Henry
Demostró que los campos magnéticos pueden crear corrientes eléctricas.
Puedes aprender más jugando con esta simulación:
Ambas experiencias pusieron de manifiesto la estrecha relación que existe entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, dando origen al electromagnetismo.