Fuerzas Fundamentales y sus Tipos

Objetivos:

Terminada la lección podrás:

• Definir los conceptos de fuerza, fuerzas fundamentales y tipos de fuerza.
• Identificar las unidades para medir la fuerza.
• Dar ejemplos sobre tipos de fuerzas.
• Exponer la forma correcta de representar las fuerzas.

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Introducción:

La fuerza, en física, es cualquier jalón o empujón, también decimos que es la acción o influencia que modifica el estado de reposo o de movimiento de un objeto.  La fuerza que actúa sobre un objeto de masa m es igual a la variación del momento lineal (o cantidad de movimiento) de dicho objeto respecto del tiempo. Si se considera la masa constante, para una fuerza también constante aplicada a un objeto, su masa y la aceleración producida por la fuerza son inversamente proporcionales.

Por tanto, si una fuerza igual actúa sobre dos objetos de diferente masa, el objeto con mayor masa resultará menos acelerado.  Siempre que haya una interacción entre dos objetos, habrá una fuerza entre cada uno de esos objetos.  Cuando la interacción termina, los objetos ya no experimentarán la fuerza por lo que podemos concluir que las fuerzas solo existen como el resultado de una interacción.

Fuerzas fundamentales  

Cuando nos referimos a las fuerzas fundamentales, son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas. Estas interacciones fundamentales son importantes y hasta ahora se conocen solamente cuatro. Estas son: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

Gravitatoria

• Por ejemplo, Fuerza gravitatoria  o gravitación es la fuerza de atracción que una masa ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito que actúa entre la Tierra y cualquier objeto sobre ella.

Electromagnética

• La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es más intensa que la fuerza gravitatoria, puede tener dos sentidos (atractivo y repulsivo) y su alcance es infinito.

Interacción nuclear Fuerte

• Otra importante es la fuerza o interacción nuclear fuerte que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

Interacción nuclear débil

• La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción (aparte de la gravitatoria, que afecta a todos los cuerpos). Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

Tipos de fuerzas:

Para todas las fuerzas o interacciones entre los objetos podemos simplificarlo en dos categorías importantes:

• fuerzas de contacto
• fuerzas resultantes por la interacción a distancia

Las fuerzas de contacto son las que resultan cuando dos objetos interactúan mientras se contactan físicamente y algunos ejemplos son: Fuerza de Fricción, Fuerza de Tensión, La Fuerza normal, Fuerza de Resistencia del  aire, Fuerza Aplicada, La Fuerza de empuje, y Fuerza de Resorte o Restauradora

Acción a Distancia

Las fuerzas de acción a distancia son las que resultan de la interacción de dos objetos que no tienen que estar en contacto físico de uno con el otro y son capaces de ejercen un empujón o jalón debido a esa separación física.  Algunos ejemplos de este tipo de fuerza son: Fuerzas Gravitacionales y Fuerzas Electromagnéticas

Como se mide la fuerza:

Las fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos. Un dinamómetro es un muelle o resorte graduado para distintas fuerzas, cuyo módulo viene indicado en una escala.  La fuerza es una cantidad que es medida usando las unidad métrica estándar llamada Newton.  Un Newton es abreviado con “N”.  Esto significa que en el Sistema Internacional de unidades, la fuerza se mide en newtons: 1 newton (N) es la fuerza que proporciona a un objeto de 1 kg de masa una aceleración de 1 m/s².

La fuerza es una cantidad vectorial la cual contiene magnitud y dirección.  Para describirlo totalmente debes indicar tanto la magnitud como la dirección, de forma que una fuerza de 10N no es una descripción completa de esa cantidad Física, debes indicar la dirección.  Una fuerza de 10N a la izquierda gráficamente se representaría así:

En este ejemplo vemos como la fuerza de 10 N a la izquierda se representa gráficamente y si tuviéramos que expresarlo diríamos 10 N a la izquierda lo que se escribe así:  10 N, izquierda.

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Páginas relacionadas al concepto de fuerza:

• Fuerza Electromagnética
• Fuerzas Fundamentales
• Fuerza Aplicada
• Las Fuerzas Verticales en la Tierra
• Fuerza Normal o Perpendicular
• Gravedad: Una Fuerza Fundamental
• Fuerza nuclear débil
• Fuerza nuclear fuerte
• La fuerza de gravedad y la relatividad general
• Resistencia del Aire y Aerodinámica
• Fuerzas Fundamentales o las Fuerzas de la Naturaleza

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Enlaces externos para explorar

• Conceptos de Física: Hyperphysics
• Libros:
  • Física Moderna de Paul A. Tipler
  • Física Moderna – Raymond A. Serway
• NASA: Science Explorer Poster Series
• Simulaciones: PhET
• Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
• Wikipedia en Español: Wikipedia

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Video

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