La fuerza

La fuerza

La fuerza es toda acción capaz de cambiar el estado de movimiento o de reposo de un objeto o de producir deformaciones físicas en el. Así una fuerza que actúa sobre un cuerpo puede generar tres efectos:

• Puede moverlo cuando esta en reposo. Así, para que una moto que esta quieta comience a moverse, hay que empujarla o encender su motor y acelerarla; es decir, hay que aplicarle una fuerza.
• Puede detenerlo si se encuentra en movimiento. Por ejemplo, cuando un jugador  o una jugadora de fútbol detiene con sus pies una pelota que avanza sobre la cancha, ejerce una fuerza sobre la pelota.
• Puede cambiarle la forma. Al apretar una barra de plastilina con las manos, se ejerce sobre ella una fuerza que modifica la forma que tenia antes de apretarla.

Elementos de una Fuerza

La mayoría de las fuerzas tienen cuatro elementos característicos:

• Dirección: indica hacia donde se dirige la fuerza. Se puede expresar como vertical u horizontal o con los puntos cardinales.
• Punto de aplicación: punto sobre el cual se ejerce la fuerza.
• Sentido: orientación de la fuerza, si va hacia arriba, abajo, derecha o la izquierda.
• Magnitud intensidad o modulo: cantidad de fuerza que se aplica. Se representa con la longitud de la flecha.

Unidades de Fuerzas

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la fuerza se mide en una unidad llamada newton (N). Un newton es la fuerza que da una masa de 1 kg una aceleración de 1 m/s2.Equivale, aproximadamente, a la fuerza  que hay que hacr para levantar una altura de 1 metro. Existen otras unidades con las cuales se puede expresar una fuerza, tales como el kilogramo-fuerza (kg-f) o la dina.

Las relaciones de equivalencia entre las distintas unidades son :

• 1 newton (N). = o,102 kg-f = 100 000 dinas.
• 1 kg-f = 9,8 newtons = 980 000 dinas.

Clases de Fuerzas

Según el modo como se ejercen las fuerzas, se pueden definir dos tipos:

• A distancia. El cuerpo que ejerce la fuerza no esta en contacto directo con el cuerpo que la recibe. Por ejemplo, un imán que atrae una fuerza a distancia sobre ella , ya que la atrae sin tocarla. La fuerza de gravedad de la Tierra, también actúa a distancia.

• De contacto. El cuerpo que ejerce la fuerza esta en contacto con el que la recibe. Por ejemplo, la presión que ejerce una persona sobre el teclado de una computadora o el de un teléfono celular, y también un jugador de fútbol pateando la pelota.

Al ejercer una fuerza de  contacto sobre un cuerpo, se puede evidenciar, según el caso:

1. Normal. La ejerce cualquier superficie sobre un cuerpo apoyado en ella. Siempre es perpendicular y en sentido contrario a la fuerza aplicada.                                                                
2. De tensión. Se transmite por medio de una cuerda, como resistencia a la fuerza aplicada. La dirección de la cuerda determina la dirección de la tensión. Esta fuerza hala o le ofrece resistencia al cuerpo, pero no lo empuja.                                                                  
3. De rozamiento. Se opone al movimiento e deslizamiento entre dos superficies en contacto. Tiene dirección y sentido contrario al desplazamiento. Depende de la superficie: mientras mas lisa y pulida este, mejor sera la fricción.                                         

Fuerzas que actúan entre partículas:

Las partículas que forman los materiales están sometidas a fuerzas de naturaleza eléctrica, las cuales tienden a unirlas o a separarlas. 

Las fuerzas que unen las partículas se conocen como fuerzas de atracción, y las que las separan son fuerzas de repulsión.

La interacción de estas fuerzas determina las características de los materiales en su estado natural o en sus cambios de fase:

• En los sólidos. Las partículas se encuentran muy cerca unas de otras y en posiciones fijas, es decir, con un orden determinado.La fuerza de atracción es mas fuerte que la de repulsión; las partículas vibran, pero no se mueven libremente. Por ello los sólidos tienen forma fija y volumen determinado.
• En los líquidos. Las partículas se encuentran cerca unas de otras pero no están fuertemente unidas entre si, por lo que no presentan una posición u orden. En ellos, la fuerza de atracción y la de repulsión están equilibradas, por lo que las partículas se mueven con mayor libertad que en los sólidos. Por esta razón, los líquidos son fluidos que tienen un volumen determinado, aunque no tienen forma fija.
• En los gases. Las partículas se encuentran muy separadas unas de otras,. En ellos, la fuerza de atracción es menor que la de repulsión, por lo que las  partículas se mueven con gran libertad. Por esta razón, los gases no tienen ni forma ni volumen determinado.

Fuerza de cohesión:

Es la fuerza de atracción que existe entre las partículas  del material que compone un objeto. la fuerza de cohesión se expresa fuertemente en los sólidos, con menor intensidad en los líquidos  y es muy débil en los gases.

Las fuerzas de cohesión pueden ser vencidas con la aplicación de otra fuerza, como cuando se aplica presión para rasgar un papel, fragmentar una roca o dividir un trozo de madera. Estas fuerzas no tienen que ser necesariamente, presiones aplicadas por esfuerzo humano o de una maquina. Por ejemplo, en el caso de las rocas, pueden ser fragmentadas por presión de la corteza terrestre.

Fuerza de adhesión:

Es la fuerza de atracción entre las partículas de materiales que componen objetos diferentes. La fuerza de adhesión se expresa con intensidad cuando la distancia que separa las partículas de los objetos en contacto es muy pequeña. De igual modo, mientras mas puntos de contacto existan entre los objetos, mayor sera la intensidad de la fuerza de adhesión entre ellos. Los objetos de superficie pulida, por ejemplo, dos laminas de vidrio tienen muchos puntos de contacto, por esto, la fuerza de adhesión es mas intensa entre ellos. 

Tensión superficial

Es una fuerza de resistencia que se genera en la superficie de un liquido al contacto con el aire, por la fuerte unión entre las moléculas superficiales.

En el ejemplo de arriba podemos observar como la tensión superficial del agua impide que el mosquito se hunda.

La tensión superficial tiene algunas propiedades asociadas, que se pueden explicar tomando como referencia el agua:

• Resistencia al peso de los cuerpos y a la presión. La tensión superficial de una sustancia resiste pesos y presiones ligeras, pero esta resistencia puede vencerse. Así, insectos pequeños como los mosquitos pueden caminar sobre la superficie del agua, porque su peso no vence las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua. También, si una aguja pequeña y delgada es colocada con mucho cuidado (presión suave) sobre la superficie del agua, puede flotar; en cambio, si la superficie del agua se agita (presión fuerte),se rompe la tensión superficial y la aguja se hunde.

• Disminución con la temperatura. Al aumentar la temperatura de un material, el movimiento de sus partículas es mayor y la cohesión entre ellas disminuye, lo que resulta en una reducción de la tensión. Por ello se suele recomendar que se lave la ropa con agua tibia, ya que el agua reduce u tensión superficial y penetra mejor las fibras.

• Disminución al contacto  con algunos compuestos químicos. Los jabones y detergentes tienen ingredientes muy afines al agua, que se integran a sus moléculas y rompen la tensión superficial. Así, el agua jabonosa entra con mas facilidad  en los poros de las superficies sucias, permitiendo una limpieza mas efectiva.

• Mojabilidad. Es la capacidad de una sustancia liquida de unirse a una superficie solida y depende de la tensión superficial: a mayor tensión, menor mojabilidad. Por ello, unas gotas de agua en contacto con alguna tela suelen no penetrar el tejido (no mojarlo).