Fuerza

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Para el concepto jurídico, véase Fuerza (derecho).

Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

Tabla de contenidos 1 Historia 2 Fuerza en mecánica newtoniana 2.1 Importancia de la Primera Ley de Newton 3 Fuerzas Fundamentales 4 Unidades de fuerza 5 Véase también 6 Enlaces externos

Historia

• El concepto de fuerza fue descrito por primera vez por Arquímedes
• Galileo Galilei realizó experimentos con esferas rodando por un plano inclinado para falsar la teoría del movimiento de Aristóteles (1602 - 1607).
• Isaac Newton se considera el primero que formuló matemáticamente el moderno concepto de fuerza, aunque también usó el término latino vis 'fuerza' para otros conceptos diferentes además de la fuerza. Además Isaac Newton postuló que las fuerzas gravitatorias variaban según la ley de la inversa del cuadrado.
• Charles Coulomb se considera que fue el primero que comprobó que la interacción entre cargas eléctricas puntuales variaba también según la ley de la inversa del cuadrado (1784).
• Henry Cavendish fue el primero que logró medir experimental en 1798 la fuerza de la gravedad entre dos masas pequeñas, usando una balanza de torsión, gracias a lo cual pudo encontrarse el valor de la constante de la gravitación universal y por tanto pudo haber calculado la masa de la Tierra.
• Con el desarrollo de la electrodinámica cuántica a mediados del siglo XX se constató que "fuerza" era una magnitud puramente macroscópica, surgida de la conservación del momento para partículas elementales. Por esa razón las llamadas "fuerzas fundamentales" suelen denominarse "Interacciones fundamentales".

Aristóteles y otros creyeron que el "estado natural" de los objetos materiales de la esfera terrestre era el reposo y que los cuerpos tendían por sí mismos hacia ese estado si no se actuaba sobre ellos de ningún modo. De acuerdo con Aristóteles la perseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente (algo que parece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas de fricción nos pasan desapercibidas). De hecho la primera ley de Newton, que contradice la tesis de Aristóteles y según la cual un objeto sobre el que no actúa ninguna fuerza permanece en movimiento inalterado, no resulta obvia para la mayoría de personas que la oyen por primera vez.

Fuerza en mecánica newtoniana

1. La aceleración que experimenta un cuerpo es, por definición, proporcional a la fuerza que actúan sobre él.
2. La constante de proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración se denomina masa inercial del cuerpo.

Estas dos afirmaciones se resumen en la Ley Fundamental de la Dinámica o Segunda Ley de Newton:

Donde representa la fuerza que actúan sobre el cuerpo, su masa y su aceleración. Medidas sobre un sistema inercial de referencia.

La fuerza, al igual que la aceleración, es una magnitud vectorial, y se representa matemáticamente mediante un vector.

La fuerza de la Segunda Ley de Newton es, por tanto, una suma vectorial.

A la fuerza resultante de la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se le denomina fuerza neta. Por lo que la Segunda Ley de Newton la podríamos expresar así:

Un cuerpo en movimiento sobre el que no actúa ninguna fuerza neta seguirá moviéndose en línea recta y a velocidad constante indefinidamente.

Importancia de la Primera Ley de Newton

La observación de que para mantener un cuerpo en movimiento uniforme no es necesario ejercer ninguna acción sobre él era radicalmente contraria a la visión clásica, defendida por Aristóteles, que postulaba que un cuerpo sobre el que no se ejercía ninguna influencia siempre terminaba por detenerse. El cambio conceptual recogido en la Ley de la Inercia y el concepto de fuerza constituyó el punto de partida del desarrollo de la dinámica, moderna y, con ella, de la Física actual.

El enunciado riguroso de la Ley Fundamental de la Dinámica (que constituye la definición operacional de fuerza) hace referencia al concepto de momento lineal o cantidad de movimiento. Usando el concepto de momento lineal, la definición matemática de fuerza es:

donde es la cantidad de movimiento.

Fuerzas Fundamentales

Se llaman Fuerzas Fundamentales a cada una de las interacciones que puede sufrir la materia y que no pueden descomponerse en interacciones más básicas. En la física moderna se consideran cuatro campos de fuerzas como origen de todas las interacciones fundamentales:

• Interacción electromagnética: actúa sobre todas las partículas con carga eléctrica.
• Interacción nuclear débil: Transmitida por los bosones vectoriales.
• Interacción nuclear fuerte: Transmitida por los gluones.
• Interacción gravitatoria o Gravitación: Transmitida por el gravitón (partícula aún no descubierta).

Unidades de fuerza

Definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración, magnitudes en las que intervienen masa, longitud y tiempo, hace que sea una magnitud derivada. Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, expresado en el concepto de Fuerzas Fundamentales, y se ve reflejado en el Sistema Internacional de Unidades.

• Sistema Internacional de Unidades (SI)
  • Newton

• Sistema Técnico de Unidades
  • Kilogramo fuerza o Kilopondio (Kg_f)
  • Gramo fuerza (g_f)

• Sistema Cegesimal de Unidades
  • Dina

• Sistema Anglosajón de Unidades
  • Poundal
  • KIP
  • Libra fuerza (lb_f)

Véase también

• Dinamómetro
• Sistema Internacional de Unidades
• Fuerza de jalamiento horizontal en superficies horizontales

Enlaces externos

• Fuerza central y conservativa
• Problemas de dinámica

Mecánica clásica
Mecánica newtoniana : Momentum · Momentum angular · Fuerza · Torque · Energía cinética · Energía potencial · Trabajo · Fuerza conservativa
Mecánica lagrangiana: Función lagrangiana · Espacio de configuración · Principio de mínima acción · Principio de d'Alembert · Acción · Ecuaciones de Euler-Lagrange
Mecánica Hamiltoniana: Función hamiltoniana · Espacio fásico · Ecuaciones canónicas de Hamilton · Variedad simpléctica