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1 Caracterización de las fuerzas por sus efectos. Origen gravitatorio y electromagnético de todas las fuerzas 1
UNIDAD 1 Caracterización de las fuerzas por sus efectos. Origen
gravitatorio y electromagnético de todas las fuerzas
1.1. CARACTERIZACIÓN DE LAS FUERZAS POR SUS EFECTOS
¿Crees que un elefante tiene mucha fuerza? ¿Cómo podría saberse la fuerza que tiene el elefante?
b) indica si estás de acuerdo con las siguientes frases. En caso de desacuerdo escribe una frase que
sea más correcta para ti.
b.1: Una bala tiene mucha fuerza cuando ha sido disparada.
b.2: Un muelle tiene mucha fuerza cuando está comprimido.
1.2. MEDIDA DE LAS FUERZAS
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el newton, (N) 1. Un newton se
corresponde aproximadamente con el peso de un huevo, mientras que el peso de un
libro de texto Puede estar alrededor de 6 ó 7 N.
En la vida cotidiana se emplea como unidad de fuerza el kilopondio (kp) que equivale a
un valor de 9,8 N. A veces, incluso se refieren a esa unidad con el nombre de kilo, si
bien esa expresión es totalmente incorrecta pues el prefijo kilo significa 1.000, sin
hacer mención a ninguna unidad concreta con lo que podrían ser 1.000 gramos, 1.000
metros ó 1.000 segundos.
Estima el peso del bolígrafo, el de una bicicleta y el de tu compañera o compañero. Expresa el valor
en newtones y en kilopondios.
1.3. LA FUERZA ES UNA MAGNITUD VECTORIAL
Toma el cuerpo que se te ha suministrado y cuélgalo de un dinamómetro, comprobando el peso del
mismo. A continuación, cuélgalo de dos dinamómetros y comprueba lo que señala cada uno de los
dinamómetros cuando se colocan en las posiciones que se indican en el dibujo.
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1.4. ORIGEN DE LAS FUERZAS.
Fuerzas de origen gravitatorio
La atracción gravitatoria es una idea que fue propuesta por Newton para explicar una
serie de fenómenos. En ese sentido, no conviene decir que fue «descubierta» sino que
fue inventada, o mejor, que fue propuesta por Newton.
No debe dar la impresión de que fue una idea que se le ocurrió a Newton de forma
aislada. Debe situarse el problema en su contexto histórico, indicando al menos que en
esa época se estaba intentando resolver el problema de la órbita de los planetas y
satélites y que diversos científicos hicieron contribuciones al estudio del problema,
aunque corresponda a Newton el mérito de haber sido el primero en resolver
completamente el problema.
La atracción gravitatoria se presenta entre cualquier pareja de cuerpos y es imposible
eliminarlo. Su cuantía es muy pequeña excepto cuando uno de los cuerpos tiene una
gran masa.
Es la causante de lo que llamamos peso de los cuerpos.
Valores de g (N/kg)
Luna
1,6 N/kg
Mercurio
3,7 N/kg
Venus
8,9 N/kg
Tierra
9,8 N/kg
Júpiter
25,0 N/kg
Sol
274 N/kg
Ya que el peso de los cuerpos es la atracción que sobre ellos ejerce la Tierra, esa
atracción cambiaría si el cuerpo es atraído por otro planeta o cuerpo celeste. En ese
sentido, convendría hablar de un peso terrestre, un peso lunar, un peso en Júpiter,
etc.
El peso es diferente a la masa, ya que el primero es una propiedad que depende no sólo
del cuerpo en cuestión si no del otro cuerpo que lo atrae, mientras que la masa es una
propiedad del cuerpo en sí mismo.
La atracción gravitatoria disminuye con la distancia pero se necesita que las distancias
crezcan bastante para que la disminución sea apreciable.
La atracción gravitatoria no depende de la presencia o ausencia de aire, suponiéndose
que existe entre cualquier pareja de cuerpos sea cual sea el ambiente en el que se
encuentren.
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
¿Por qué decimos que la atracción gravitotoria es universal?

A la vista de la ecuación que expresa la ley de Newton de la atracción gravitatoria expresa con
palabras el significa do de dicha ecuación

¿Por qué no se juntan dos coches, debido a la atracción gravitatoria entre ambos, que se han
dejado sin el freno puesto sobre una carretera horizontal a una distancia de 1 metro entre ellos?

Una persona pesa 700 N al nivel del mar ¿Cuando sube a un avión pesará más, igual o pesará
menos? a) Da un valor aproximado del peso de esa persona cuando el avión vuela a 5.000
metros de altura. b) Calcula la masa de esa persona al nivel del mar y cuando está subida en el
avión.

Si la Tierra es esférica, ¿cómo es posible que los habitantes de las partes de debajo de la Tierra
no se caigan hacia el espacio exterior?

Un escritor de ciencia-ficción escribe el siguiente párrafo:
«La capitana de la nave se vio fuertemente atraída por los dos kilogramos de piedra de
gravitonita que el malvado Georghi Bushido le había mostrado. La atracción era tan intensa
que la arrastraba y alejaba cada vez más del puesto de mando, Isabelle recordó que en la última
estancia en el planeta Tierra, los científicos de Cerrillo del Monte le habían regalado su último
invento: el escudo antigravitatorio mágico, encerrado en un precioso reloj de pulsera. Así que
pulsó el botón adecuado y la atracción gravitatoria desapareció, permitiéndole maniobrar para
reducir al malvado Georghi. Posteriormente introdujo la piedra maléfica en un recipiente del que
previamente había extraído todo el aire, es decir había hecho el vacío, con lo cual la piedra
perdía sus poderes pues como es sabido la gravedad no actúa cuando no hay aire».
Escribe aquellas afirmaciones que sólo sean correctas desde las licencias que puede permitirse
un escritor de ciencia-ficción, pero que están en contradicción con lo que tú sabes de la atracción
gravitatoria hasta este momento.

Calcula la fuerza atractiva entre un automóvil de 2.000 kg y un camión de 10.000 kg
suponiendo que están separados una distancia de 5 metros.

Calcula la fuerza atractiva (de origen gravitatorio) entre un hombre de 70 kg y una mujer de 50
kg, colocados a una distancia de 1 metro.

Calcula el peso de un cuerpo de 70 kg en Júpiter y en la Luna conociendo los datos relativos a
esos cuerpos celestes. ¿Cuál sería el valor de la gravedad en la superficie de esos cuerpos? Por
gravedad se entiende la fuerza con que un cuerpo atrae a otro de masa la unidad.
Luna
Mercurio
Tierra
Júpiter
Sol
MASA EN KG
7,35·1022
3,86·1023
5,97·1024
1,90·1027
1,99·1030
RADIO (km)
1.738
2.439
6.379
71.398
696.000
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FUERZAS DE ORIGEN ELECTROMAGNÉTICO
¿Cuántos tipos de cargas se suponen que existen? ¿Qué tipos de fuerzas existen entre las cargas
eléctricas?
¿Qué párrafo de los siguientes te parece más correcto? Explica tu respuesta.
a) Las cargas eléctricas se descubrieron en el siglo XVIII. El descubrimiento de las cargas eléctricas
puede ser comparado con el descubrimiento de una cueva, que no se sabe que existe hasta que se ve
por primera vez. Así, las cargas eléctricas existían antes del siglo XVIII pero no habían sido vistas
hasta ese momento.
b) Las cargas eléctricas se inventaron en el siglo XVIII. La invención de las cargas eléctricas puede
ser comparado con la invención de los personajes de una novela, que en realidad sólo existen
cuando hay un autor que escribe la novela. Sin embargo, en el caso de la novela el autor tiene
completa libertad para poner las reglas que quiera, mientras que en el caso de las cargas eléctricas el
que las inventó tuvo que poner unas reglas de tal manera que el comportamiento supuesto de las
cargas explicase los fenómenos que se habían observado.
Entre dos cuerpos, cuyas cargas eléctricas netas sean q1 y q2, existen dos fuerzas
iguales aplicadas sobre cada uno de los cuerpos y que serán atractivas si las cargas
son de distinto signo (distinto tipo) o serán repulsivos, si los cargas son del mismo
tipo. Las fuerzas tienen la dirección de la línea recta que une los centros de ambos
cuerpos.
El valor de la fuerza es proporcional al producto de ambas cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que separa a ambos cuerpos. El valor de las
fuerzas depende de la naturaleza del medio en el que se encuentren ambos cuerpos.
F1, 2  K
q 1q 2
d2
fuerza que el cuerpo 1 hace sobre el cuerpo 2
F2,1  K
q 2q 1
d2
fuerza que el cuerpo 2 hace sobre el cuerpo 1


F1, 2  F2,1
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Calcula las fuerzas que actúan entre dos cuerpos, que se encuentran en el aire, cuyas cargas son de
+2 y –3 microculombios, separados 20 cm. Repite el cálculo suponiendo que ambas cuerpos se
encuentran introducidos en agua, y están separados la misma distancia.
Kaire= 9·109 N·m2/C2 ;
Kagua= 0,11·109 N·m2/C2
¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre la ley de Newton de la gravitación universal y la ley
de Coulómb de las fuerzas eléctricas?