Conceptos clave sobre Fuerza, Peso, Empuje y Equilibrio en Física
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¿Qué es la Fuerza?
La fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo o de movimiento. Se expresa como:
Fuerza = masa · aceleración
Representación de las Fuerzas
Las fuerzas se representan mediante flechas. El segmento de recta indica la dirección, y la punta de la flecha, el sentido.
Tipos de Fuerzas
- Fuerzas instantáneas: Actúan solo durante un período muy breve (ej: dar una patada a un balón).
- Fuerzas constantes: Actúan de forma continuada (ej: la gravedad terrestre).
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional (SI) es el Newton (N).
Gravedad y Peso
La gravedad provoca una aceleración en los cuerpos en caída libre, llamada aceleración gravitatoria (G). En la Tierra, el valor de G es de 9,8 m/s2.
El peso de un cuerpo es la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre él. Depende de:
- Su masa.
- La gravedad del lugar.
Matemáticamente:
Peso = masa x aceleración gravitatoria (P = m · G)
La masa es invariable, mientras que el peso varía según la gravedad. El peso se mide con un dinamómetro, y la masa con una balanza.
La unidad de medida del peso en el SI es el kilopeso (kp), también llamado kilopondio. Un kilopeso es el peso de un cuerpo de 1 kg de masa en la Tierra.
Empuje
El empuje es la fuerza que experimenta un cuerpo sumergido en un fluido. Se calcula como:
Empuje = peso del líquido desalojado
E = mL · g = V · dL · g
Donde:
- V: Volumen del líquido desalojado.
- mL: Masa del líquido desalojado.
- dL: Densidad del líquido.
- g: Aceleración de la gravedad.
El empuje se mide en Newtons (N) en el SI.
Condiciones de Flotación
- Si el peso del cuerpo es menor que el empuje, el cuerpo flota.
- Si el peso del cuerpo es igual al empuje, el cuerpo permanece en equilibrio entre dos aguas.
- Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde.
Fuerza y Movimiento
Para que un cuerpo se mueva, cambie su velocidad o se detenga, debe actuar una fuerza sobre él.
Según Galileo: Un cuerpo en movimiento sobre el que no actúan fuerzas se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme.
Una fuerza constante aplicada a un cuerpo le imprime una aceleración constante:
Aceleración = fuerza / masa (a = F/m)
Fuerza = masa x aceleración (F = m · a)
Cuerpos Sólidos: Deformables y No Deformables
Cuerpos Sólidos Deformables
La deformación de un cuerpo sólido se debe a la modificación de las distancias entre sus partículas.
- Cuerpos plásticos: Se deforman y no recuperan su forma original.
- Cuerpos elásticos: Recuperan su forma original tras la deformación.
Cuerpos Sólidos No Deformables (Rígidos)
Si las fuerzas son muy grandes, se produce una ruptura o fractura.
Equilibrio
Un cuerpo está en equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula.
Trabajo y Energía
- Trabajo (W): Cantidad de trabajo realizado. W = Fd · d (Fd: fuerza en la dirección del movimiento, d: distancia). La unidad en el SI es el Julio (J) = N·m.
- Energía cinética (Ec): Ec = 1/2 m · v2
- Energía potencial (Ep): Ep = P · h