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FUERZA
Es una magnitud física de carácter vectorial que puede modificar el estado de
movimiento o la forma de los cuerpos materiales.
La fuerza está relacionada con la acción que un cuerpo ejerce sobre otro.
LEYES DE NEWTON
Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento, son tres
principios fundamentales a partir de los cuales la mecánica clásica explica y describe el
estado de movimiento de los cuerpos.
Primera ley de Newton o ley de la inercia
Todo cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo
uniforme a menos que experimente una fuerza externa neta, que lo obligue a cambiar
dicho estado.
Surgen dos posibilidades.
2.


 F  0 y v  0 , entonces el cuerpo estaba en reposo y continua en reposo.


Si  F  0 y v  0 , entonces el cuerpo estaba en movimiento y continua
1. Si
moviéndose con velocidad constante.
La inercia, es la oposición de un cuerpo a cambiar su estado de movimiento.
Segunda ley de Newton o ley de fuerzas
Cuando hay una fuerza neta distinta de cero actuando sobre un cuerpo, el estado de
movimiento del cuero sufre cambios y éste experimenta una aceleración.
La aceleración que experimenta el cuerpo u objeto es directamente proporcional a la
fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su masa.
Figura1: Cuerpo de masa m moviéndose bajo la acción de una fuerza aplicada.
O de manera general, podemos escribir también:


F

m
a

Figura 2: Relación entre la aceleración que experimenta un cuero con respecto a su masa y la fuerza
aplicada.
La unidad de fuerza en el sistema internacional (SI) es el Newton y se representa por la
letra N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de
masa para que experimente una aceleración de 1m/s2:
1N=1Kg×1m/s2
La expresión


 F  ma , es válida solo para cuerpos cuya masa sea constante.

Como F es una magnitud de carácter vectorial, entonces puede tener en principio tres
componentes como se muestra a continuación:

 Fx  max

  
 F  ma   Fy  may

 Fz  maz
Momento lineal o cantidad de movimiento
La cantidad de movimiento o momento lineal es una magnitud física de carácter
vectorial y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad; es
decir:


P  mv
Sus unidades en el sistema internacional son: Kgm/s
De manera general la segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal se su cantidad de
movimiento, es decir:
 dp
F
dt
Como por lo general, sobre un cuerpo pueden actuar más de una fuerza, entonces
podemos decir que la tasa de cambio en el tiempo del momento lineal de una partícula,
es igual a la fuerza neta o resultante que actúa sobre ésta; esto es:
 dp
 F  dt
Si m es constante, entonces:

 dp d mv 

dv
F

m
 ma
dt
dt
dt
Tercera ley de Newton o ley de acción o reacción
La tercera ley de Newton establece que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste
último ejercerá sobre el primero una fuerza de igual magnitud y dirección contraria.
Figura3: Ilustración de una interacción entre un par de cuerpos a) gravitacionalmente y b) por contacto
físico entre ellos.
De acuerdo con la figura 3ª, en este caso le tiene que:

F12 : Fuerza hecha por el cuerpo 1 sobre el cuerpo 2.

F21 : Fuerza hecha por el cuerpo 2 sobre el cuerpo 1.
La tercera ley de Newton afirma que:


F21   F12
TIPOS DE FUERZAS
Todos los cuerpos materiales interactúan entre sí en el sentido de que unos ejercen
fuerzas sobre los otros. Las fuerzas que se presentan en este caso, se pueden enmarcar
en dos grandes grupos, en donde el primero de ellos está conformado por las fuerzas de
contacto y el segundo por las fuerzas de campos o de acción a distancia.
1. Fuerzas de contacto
Son el resultado del contacto físico entre el cuerpo y sus alrededores. Dentro de estas
tenemos:
Fuerza normal: Es la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo que se mueve o
se encuentra apoyada en ella. También, si dos cuerpos están en contacto, de acuerdo con
la tercera ley Newton, ambos cuerpos se ejercen fuerzas iguales en magnitud, pero en
sentido contrario.
Las fuerzas debido al contacto entre superficies o cuerpos son siempre perpendiculares
(Normales) a la superficie de contacto.
Tensión: Esta fuerza se presenta cuando los cuerpos están atados por medio de cables o
cuerdas.
Fuerza de fricción: La fuerza de fricción se da a partir del contacto entre dos cuerpos o
siempre que un objeto se intenta mover o se mueve sobre una superficie o en un medio
viscoso. En tosas estas situaciones, hay una resistencia al movimiento debido a la
interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza
de fricción. Esta a su vez puede ser de dos tipos:
Fuerza de fricción estática: Cuando aplicamos una fuerza a un objeto que descansa
sobre una superficie horizontal por ejemplo, el cuerpo no se mueve debido a la fuerza de
rozamiento estático fe ejercida por la superficie sobre el objeto, que equilibra la fuerza
que hemos aplicado al cuerpo.
La fuerza de fricción estática, puede variar desde cero hasta cierto valor máximo fe,máx.
0  f e  e N
Donde la constante de proporcionalidad
e ,
recibe el nombre de coeficiente de
rozamiento estático.
Fuerza de fricción dinámica o cinética: Una vez que el cuerpo está en movimiento
aparece una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento del cuerpo por la
superficie y, a la cual se le llama, fuerza de fricción cinética. También algunos autores
prefieren llamarla fuerza de fricción dinámica.
f c  c N
Donde la constante de proporcionalidad
c ,
recibe el nombre de coeficiente de
rozamiento cinético o dinámico.
Tanto  e como
encontrado que:
 c , dependen de las superficies en contacto. Experimentalmente se ha
c  e
Fricción viscosa: La fricción viscosa aparece cuando un cuerpo se mueve a través de un
fluido y se opone siempre al movimiento de éste. Esta depende de las características del
objeto (tamaño, forma), del fluido y en primera aproximación es proporcional a la
velocidad o a una potencia de la velocidad del cuerpo relativa al fluido.


R  bv n
Fuerza elástica: En 1660 el científico inglés Robert Hooke formuló lo que hoy se
conoce como Ley de Hooke, la cual establece que: cuando un cuerpo elástico es
deformado mediante la aplicación de una fuerza, éste en busca de mantenerse en su
estado inicial, responde con una fuerza (restauradora) que es proporcional y opuesta a la
deformación que sufre el cuerpo y siempre está dirigida hacia la posición de equilibrio.
Esto es:


F  kx
2. Fuerzas de campos o de acción a distancia
Son aquellas que tienen lugar entre los cuerpos sin que exista necesariamente contacto
físico entre ellos. Dentro de éstas tenemos la fuerza gravitacional y la fuerza
electromagnética.
Ley de gravitación Universal: La fuerza gravitacional, es una fuerza de atracción o
atractiva entre un par de cuerpos y se debe a una propiedad de dichos cuerpos llamada
masa.
Por tercera ley de Newton sabemos que: cuando un par de cuerpos interactúan, se
ejercen fuerzas mutuas, las cuales se caracterizan por ser de igual magnitud pero de
sentidos contrarios, es decir:
Esta ley enunciada por Isaac Newton establece que las fuerzas F12 y F21 que se
presentan entre el par de cuerpos mostrados en la figura 222, viene dada por la ya
conocida Ley de gravitación Universal, es decir:
Donde las direcciones de la fuerza (F12 y F21), ejercida entre ambos cuerpos se
encuentran a lo largo del eje o línea que une sus centros.
A G se le conoce con el nombre de constante de la Gravitación Universal y cuyo valor
es:
G=6.67×10-11Nm2/Kg2
Esta ley nos muestra que, cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se
encuentren, con mayor fuerza se atraerán.
El peso de un cuerpo, como un caso particular de la Ley de gravitación Universal
En el caso de la tierra, el peso no es más que la fuerza de atracción que esta ejerce sobre
los cuerpos que se encuentran cerca a su superficie o sobre ella. Consideremos un
cuerpo de masa m que se encuentra sobre la superficie de la tierra como se muestra en la
figura.
En este caso se tiene que, la expresión para la fuerza gravitacional entre la tierra y el
cuerpo de masa m que se encuentra sobre su superficie, quedaría como sigue:
Donde MT=5,98×1024Kg y RT=6.37×106m.
Así, de esta manera se puede ver que:
y por tanto, la expresión o ecuación para el peso de un cuerpo que se encuentra sobre la
superficie terrestre, es como se conoce:
Ley de Coulomb: La fuerza eléctrica, es una fuerza que se da entre un par de cuerpos
debido a una propiedad que tienen algunas partículas, llamada carga. Esta fuerza puede
ser de atracción o de repulsión.
Al igual que en el caso de la ley de gravitación Universal, las fuerzas F12 y F21 que se
presentan entre el par de cuerpos mostrados en la figura, se caracterizan por ser de igual
magnitud pero de sentidos contrarios, es decir:
Donde la expresión para las fuerzas F12 y F21 que se presentan entre el par de cuerpos o
partículas, viene dada por:
Donde las direcciones de la fuerza (F12 y F21), ejercida entre ambos cuerpos se
encuentran a lo largo del eje o línea que une sus centros.
A K se le conoce con el nombre de constante de Coulomb y cuyo valor es
aproximadamente:
K=8.987×109 Nm2/C2 ≈9×109 Nm2/C2