Fuerza en física: definición y ejemplos

Definición de fuerza

Acabo de terminar la tarea anual de rastrillar hojas en mi patio trasero. Había hojas de roble, arce y fresno, pero también había hojas en mi jardín que no reconocí y probablemente venían de más lejos. ¿Cómo llegaron aquí? Todas las hojas llegaron a mi jardín por la fuerza. En este caso, había al menos dos fuerzas operando sobre las hojas: la gravedad y la fuerza causada por el viento. La gravedad se debió a una interacción entre la tierra y las hojas, tirando de ellas hacia el suelo verticalmente, y la fuerza del viento fue causada por una interacción entre la masa de aire y las hojas, tendiendo a soplarlas horizontalmente a través del aire.

A partir de esta rápida observación, llegamos a la conclusión de que hay tres características definitorias de la fuerza :

• Comienza con una interacción entre dos o más objetos físicos (que podría incluir el aire)
• La interacción hace que se produzca un empujón o un tirón entre los objetos.
• El empujón o el tirón resultante tiene una dirección asociada.

Fuerzas trabajando sobre un objeto en movimiento

Al principio, hubo movimiento debido a estas fuerzas. Cuando una hoja individual se desprendió del árbol, se movió tanto vertical como horizontalmente, debido a la gravedad y el viento, hasta que se detuvo. ¿Qué tan rápido se movió? Bueno, eso depende, porque había otras fuerzas que actuaban sobre la hoja mientras viajaba. Por ejemplo, cuando la hoja se movió hacia abajo debido a la gravedad, también hubo una pequeña cantidad de resistencia en la dirección opuesta (hacia arriba) proporcionada por la masa de aire. A esta fuerza la llamamos resistencia al aire o resistencia al aire. Por eso a veces ves que las hojas caen lentamente al suelo. También puede haber una pequeña cantidad de fuerza de resistencia del aire (arrastre) trabajando contra el viento en una dirección horizontal.

Fuerzas trabajando sobre un objeto estático

Digamos que la hoja golpeó el suelo y se quedó donde aterrizó. ¿Seguían allí las fuerzas? Por supuesto. La gravedad seguía tirando de la hoja hacia abajo verticalmente, y el viento aún podía haber estado empujando la hoja horizontalmente. Pero la hoja se detuvo. ¿Por qué? Porque ahora estaban involucradas diferentes fuerzas. El suelo empujaba la hoja verticalmente hacia atrás con una fuerza opuesta igual en magnitud a la fuerza de gravedad. Además, el suelo estaba interactuando con la hoja para causar fricción, una fuerza que actuaba en dirección horizontal, por lo que la hoja no se movía a pesar de que el viento aún podía haber estado soplando sobre ella.

Ahora imaginemos las fuerzas con la hoja en el suelo:

Nuevamente, la hoja no se mueve debido a las fuerzas iguales y opuestas presentes. El viaje y el destino de la hoja señalan un par de cosas más sobre la fuerza:

• No es necesario que haya contacto entre los objetos que interactúan para que la fuerza esté presente. Recuerde la fuerza de gravedad entre la Tierra y la hoja mientras caía.
• No tiene que haber movimiento asociado con los objetos que interactúan para que la fuerza esté presente. Todas las fuerzas opuestas estaban en equilibrio cuando la hoja estaba inmóvil en el suelo.

Otro ejemplo

En otro ejemplo, pensemos en lo que sucede cuando sostienes un vaso de agua. Su mano y el vaso pueden estar perfectamente inmóviles, pero hay muchas fuerzas diferentes que actúan para mantener el vaso quieto. Primero, su mano está apretando contra el vidrio, imponiendo una fuerza hacia adentro desde diferentes direcciones, y el vidrio está empujando hacia atrás con la misma fuerza para que no se rompa y para que no se mueva horizontalmente. En segundo lugar, la tierra está interactuando con el vidrio (gravedad) para empujarlo hacia abajo en dirección vertical. Pero, la resistencia (fricción) causada por la interacción de su mano con el vidrio proporciona una fuerza igual y opuesta para que el vidrio no se salga y caiga. Ilustremos lo que está pasando aquí:

Estas diferentes fuerzas, que operan en diferentes direcciones, trabajan en concierto y en equilibrio para mantener el vidrio perfectamente quieto.

Resumen de la lección

Así que recuerde, las fuerzas están trabajando a su alrededor y las está usando constantemente. Una fuerza implica una interacción entre dos o más objetos y provoca un empujón o un tirón entre los objetos. Siempre hay una dirección asociada con la fuerza. Buenos ejemplos de fuerza opuesta incluyen el arrastre debido a la interacción con una masa de aire y la fuerza debida a la fricción entre dos objetos. Incluso si los objetos que interactúan no se mueven, puede haber fuerzas opuestas presentes que estén en equilibrio. Finalmente, recuerde que los objetos no tienen que estar en contacto para que exista una fuerza (por ejemplo, la gravedad).

Rodrigo Ricardo Editor y fundador