home
sabelotodo
logo
entrar
comentario
colaborar

Naturaleza de las fuerzas

El desarrollo histórico del estudio de las fuerzas que nos rodean han permitido en el día de hoy clasificar las fuerzas en dos grupos: Las fuerzas fundamentales y las fuerzas secundarias o derivadas. Las fuerzas secundarias, como la fuerza de empuje en el contacto entre dos cuerpos, la fuerza de rozamiento, la fuerza de un resorte, la fuerza debido a la resistencia fluida y así sucesivamente, son diferentes manifestaciones de las fuerzas fundamentales que gobiernan la interacción de la materia. Por ejemplo, la fuerza de la gravedad, que se aprecia como el peso de los cuerpos en las inmediaciones de la superficie de la Tierra, es una manifestación de la fuerza fundamental de la gravitación universal. Del mismo modo la fuerza que ejerce un espiral de alambre (resorte) es el resultado de las fuerzas fundamentales eléctricas entre las moléculas del material del que está hecho el resorte.

Establecer la dependencia entre una fuerza secundaria y la fundamental que le da origen, es en ocasiones tarea fácil como en el caso de la gravedad y la gravitación universal, sin  embargo, aunque dispongamos de la mas potente computadora, será solo un sueño tratar de calcular la fuerza ejercida por un resorte partiendo de las interacciones eléctricas de sus moléculas, además, tal cálculo nada nuevo aportaría a un hecho que puede ser determinado con mucha facilidad con la experimentación por lo que el interés en hacerlo resulta mínimo. 

Fuerzas fundamentales y secundarias


Según la visión actual, las fuerzas fundamentales en la naturaleza son solamente tres: la fuerza de la gravitación universal, la llamada fuerza electrodébil y la fuerza nuclear o fuerte. La expresión de la fuerza de la gravitación universal es uno de los mas grandes aportes de Newton, concepto refinado después por Einstein, al extender su dominio al micromundo en su gran ley de la relatividad general. Los intentos de Einstein de unificar la gravitación universal con las otras fuerzas fundamentales fallaron. La fuerza electrodébil es una consideración relativamente reciente al unificar a dos fuerzas consideradas separadamente como fundamentales, las llamadas fuerzas débiles, que se manifiestan en ciertos procesos radioactivos raros y las fuerzas del electromagnetismo. En el macromundo que nos rodea, e incluso hasta cierta escala en el micromundo, la rama dominante de las fuerzas electrodébiles es el electromagnetismo, por eso, es frecuente utilizar el término de fuerzas electromagnéticas para este tipo de fuerza fundamental. Las fuerzas electromagnéticas a su vez, son el resultado de la unificación hecha por Maxwell y otros, de las fuerzas eléctricas y magnéticas. La fuerza nuclear o fuerte es la responsable de mantener unido el núcleo del átomo. Las fuerzas fuertes y las electrodébiles han sido objeto recientemente de mas de un intento de unificación, pero esto no ha rendido fruto, como pasó cuando Einstein quiso unificar la gravitación universal con las otras fuerzas fundamentales. La unificación sigue siendo hoy en día objetivo fascinante.

Las fuerzas secundarias, con las que tropezamos a escala del día a día, son derivadas básicamente de dos fuerzas fundamentales: la gravitación universal, que aparece como la fuerza de la gravedad; y el resto de las fuerzas secundarias que son, a última instancia, resultado de las fuerzas electromagnéticas que enlazan los átomos y las moléculas en la estructura de la materia común. Las fuerzas fuertes que mantienen unido el núcleo del átomo, no podemos verlas directamente a la escala del mundo que nos rodea, estas solo mantienen la integridad del núcleo del átomo de forma tan fuerte, que para la mayor parte de los propósitos pensamos en él como una parte indivisible de la materia. Solo cuando se habla de la composición de las estrellas, las fuerzas nucleares juegan un papel práctico.

Se acostumbra a hablar de la intensidad relativa de las fuerzas fundamentales, pero esto debe hacerse en relación con una situación en particular, así, dentro del núcleo atómico se dice que las fuerzas fuertes son una 100 veces mas grandes que las fuerzas electromagnéticas. La fuerza gravitacional entre dos protones dentro del núcleo es de una magnitud mucho, pero mucho menor que las fuerzas electrodébiles y las fuerzas fuertes. De este modo las fuerzas fundamentales se ordenan descendentemente en: fuertes, electrodébiles y gravitacionales. Solamente a nivel astronómico las fuerzas gravitacionales toman un carácter dominante, ya que los cuerpos estelares están organizados en combinaciones eléctricamente neutras, y por tanto, las fuerzas electromagnéticas se anulan mutuamente.

Algunas fuerzas secundarias 

1.- Según la la Segunda Ley de Newton la fuerza de la gravedad que recibe un cuerpo de masa m en las inmediaciones de la superficie de la Tierra se expresa como:

Fg = mg

Donde g es una constante vectorial que apunta al centro de la Tierra.


2.- La tensión T a la que se somete una cuerda (cable o alambre) que tira de una masa, es variable de acuerdo a las circunstancias, y siempre va en la dirección de la cuerda, apuntando saliente desde la masa y se trasmite a lo largo de la cuerda con valor constante si la cuerda se considera sin masa.

3.- La fuerza normal N es directamente perpendicular a la superficie (clásica de la acción de un cuerpo que ejerce una fuerza sobre otro cuerpo en contacto) y cancela cualquier otra fuerza que trate de acelerar una masa hacia dentro de la superficie.

4.- La fuerza de rozamiento f , actúa cuando dos superficies se deslizan o intentan deslizarse una respecto a la otra.

La fuerza de rozamiento estático fe es variable y está dirigida en el sentido de oponerse a cualquier deslizamiento, aun en el caso de que no haya movimiento relativo. Se puede incrementar hasta un valor máximo proporcional a la magnitud de la fuerza normal:

0 ≤  fe ≤  μe N

La fuerza de rozamiento dinámica se produce cuando dos superficies se deslizan mutuamente y es también proporcional a la normal:

fd = μd N

Las constantes  μe y  μd  son los coeficientes de rozamiento, y generalmente:

μe > μd

5.- Las fuerzas debido a la resistencia fluida (fuerzas de arrastre) se producen durante el movimiento de un cuerpo a una velocidad v en un medio fluido de viscosidad ρ. Cuando los objetos son pequeños, y tienen un área frontal A se puede expresar como:

Fa = ½ρACav2

Donde Ca  es un coeficiente que tiene en cuenta la forma del cuerpo.

6.- La fuerza centrípeta es la fuerza responsable de la aceleración de un objeto de masa m que se desplaza uniformemente con un movimiento circular de radio r y a una velocidad v  y responde a:

fuerza

La flecha se ha colocado para enfatizar que es una magnitud vectorial, y en este caso va dirigida al centro del círculo.



Otros temas de física en el orden lógico de lectura aquí.
Otros temas de física en orden alfabético aquí.
Para ir al índice general del portal aquí.


br>