Distintos tipos de fuerzas
DISTINTOS TIPO DE FUERZAS
En la naturaleza se manifiestan fuerzas de diversas naturaleza entre ellas se encuentran: la de gravedad, la elástica y la de rozamiento
: Fuerza de gravedad
Al lanzar una moneda hacia arriba una vez alcanzada su altura máxima, esta cae inevitablemente con una aceleración constante de 9,8 m/s2 . ¿Cómo explicar este comportamiento teniendo en cuenta las leyes del movimiento mecánico?
La causa de que los cuerpos varíen su velocidad (se aceleren) es la acción de otros cuerpos sobre ellos, así, la acción de la Tierra sobre la moneda es la causa de la disminución de la velocidad durante el ascenso hasta alcanzar su altura máxima y del aumento de esta durante la caída.
La Tierra atrae hacia su centro a todos los cuerpos que se encuentran en su superficie o cerca de ella. Esta fuerza se denomina fuerza de gravedad (Fg).
Donde
g: aceleración que adquiere el cuerpo bajo la acción del campo gravitatorio y tiene un valor constante de 9,8 m/s2
m: masa del cuerpo
: Fuerza elástica
Es común encontrar en la vida diaria cuerpos sólidos constituidos por materiales que tienen propiedades elásticas. Ejemplo de ello lo tenemos en las cuerdas de una guitarra, resortes, algunas superficies donde se apoyan diversos objetos y estructuras. Las fuerzas que estos objetos ejercen sobre los cuerpos apoyados o suspendidos en ellos recibe el nombre de fuerza elástica.
En todos los cuerpos sólidos existen fuerzas contrarias de atracción y repulsión, pero entre las propiedades más importantes de los materiales están sus características elásticas.
Es la fuerza que surge en un cuerpo elástico deformado, que cesa cuando el cuerpo recupera su forma original y que tiene sentido opuesto a la deformación.
Cuando estiramos, comprimimos, doblamos o torcemos un resorte surge una fuerza elástica, la cual permanece constante, al mantener constante la deformación. Esta fuerza solo cesa cuando el resorte recupera su forma original.
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Cuanto mayor deformación queremos tener, mayor esfuerzo hay que aplicar sobre el cuerpo que se quiere deformar. Por consiguiente, el valor de la deformación nos informa sobre el valor de la fuerza aplicada.
¿Qué relación existe entre el valor de la fuerza elástica y la deformación?
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El análisis de la gráfica nos informa que la deformación elástica es proporcional a la fuerza aplicada.
Las llamadas fuerzas elásticas, son proporcionales a la deformación del cuerpo elástico que la produce y están dirigidas en sentido contrario a la dirección del desplazamiento de las partículas del cuerpo durante la deformación.
Fe : Es la fuerza elástica
k : Constante elástica[1] del cuerpo elástico y se mide en newton metros, N/m. Es independiente para cada muelle o resorte.
x : Es la deformación del muelle y se mide en metros.
El signo negativo de la ecuación es debido a que el sentido de la fuerza elástica es opuesto a la deformación.
: Fuerza de rozamiento
Se suele decir que el rozamiento es una fuerza, a pesar de que él mismo, por sí, no puede contribuir al movimiento ya que posee siempre sentido contrario a éste. En síntesis, el rozamiento no puede ser causa directa de movimiento; por el contrario, lo impide. Precisamente es por eso que lo llaman con todo fundamento una fuerza.
Una de las causas de la fuerza de fricción o rozamiento es la existencia de rugosidades en las superficies en contacto, incluso cuando las superficies aparentemente sean lisas poseen asperezas e irregularidades. En la figura se ha ampliado una porción de la superficie de contacto entre la mesa y el bloque en movimiento. Cuando un cuerpo se desliza por la superficie de otro, las asperezas "se enganchan" unas con otras, y esto hace que surja una fuerza que se opone al movimiento. Otra de las causas se relaciona con la naturaleza de las sustancias que conforman a los cuerpos que interactúan, particularmente las fuerzas intermoleculares de ambas sustancias.
La fuerza de rozamiento puede disminuir considerablemente si se aplica grasa a las superficies en contacto. La capa que se crea separa a las superficies de los cuerpos impidiendo su contacto. En la técnica y en la vida se aplica método para disminuir el rozamiento entre superficies que queremos se muevan más fácilmente. Por ejemplo: en los engranaje de un motor de un auto o de una maquinaria de una industria.
La fuerza que se origina de la interacción del cuerpo con la superficie de contacto recibe el nombre de fuerza de fricción o de rozamiento () y tiene las siguientes propiedades que han sido establecidas empíricamente:
Se origina en las superficies de contacto de los cuerpos siempre que estas se encuentren en movimiento relativo o como resultado de una acción externa se tienda a mover una respecto a la otra.
Su dirección es paralela a las superficies de contacto y su sentido es siempre opuesto al movimiento.
Su módulo o valor es directamente proporcional al valor de la fuerza normal N que actúa sobre el cuerpo.
Estudio de caso : La fuerza de rozamiento
Interactúa con el recurso e investiga sobre el comportamiento del bloque en diferentes superficies.
Observa el ángulo necesario para que el bloque comience a moverse deslizando el bloque en diferentes situaciones.
Fundamental :
La magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es decir:
Donde: μ es lo que se conoce como coeficiente de rozamiento, no tiene unidades de medida y N es la fuerza de reacción del plano del movimiento del cuerpo y se mide en newton (N).
Ejemplo : Estudio del movimiento de un bloque sobre la superficie de una mesa
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En estos casos estamos en presencia del rozamiento estático que se determina por la expresión: Descripción cuantitativa de la fuerza de rozamiento estático.
Donde μe : coeficiente de rozamiento estático frm : fuerza de rozamiento estático máxima | Se incrementa la fuerza (tensión) que actúa sobre el bloque hasta llegar a un determinado valor en que el bloque comienza a moverse. La fuerza de rozamiento a partir de ese instante se denomina rozamiento cinético y se calcula por la expresión: Donde μc : coeficiente de rozamiento cinético fr: fuerza de rozamiento cinético Descripción cuantitativa de la fuerza de rozamiento cinético. El coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento cinético. |
