En este artículo te explicamos qué son las fuerzas en física. Así pues, encontrarás el significado de fuerza en física, cuáles son las características de las fuerzas, cómo se calculan y cuáles son los diferentes tipos de fuerzas en física. Además, podrás practicar los conceptos explicados con ejercicios resueltos de fuerzas.
Índice
¿Qué es una fuerza?
Una fuerza es una acción capaz de producir un cambio en el movimiento o en la estructura de un cuerpo. Es decir, cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo se puede modificar su movimiento o incluso se puede llegar a deformar.
En física, las fuerzas se representan con el símbolo F y se expresan en newtons (N).
Encontramos muchos ejemplos de fuerzas en la vida cotidiana. Por ejemplo, la fuerza de la gravedad con la que la Tierra nos atrae, la fuerza que hacemos al empujar un objeto, la fuerza de tensión que hace un cable para sostener una lámpara, etc.
Características de las fuerzas
Una vez hemos visto la definición de fuerza, vamos a ver cuáles son sus propiedades para entender mejor el concepto.
- La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto, cualquier fuerza se representa gráficamente mediante un vector.
- Como cualquier vector, una fuerza tiene dirección, sentido, módulo y punto de aplicación.
- Existen diferentes tipos de fuerzas, algunas se ejercen a través del contacto físico (fuerza de fricción) y otras son capaces de actuar a distancia (fuerza de la gravedad).
- Asimismo, las fuerzas también se pueden clasificar según su duración, hay fuerzas instantáneas y fuerzas duraderas.
- El efecto de una fuerza depende de las características del cuerpo que recibe la fuerza. Así pues, el valor de una fuerza puede ser suficientemente grande como para mover un objeto ligero, pero la misma fuerza no podrá mover un cuerpo pesado.
Fórmula para calcular una fuerza
Para calcular el valor de una fuerza se debe multiplicar la masa del cuerpo sobre el que se aplica la fuerza por la aceleración que ha conseguido el cuerpo debido a esa fuerza.
Por lo tanto, la fórmula para calcular una fuerza es F=m·a.
La fórmula de la fuerza se deduce de la segunda ley de Newton, también llamada principio fundamental de la dinámica.
Tipos de fuerza
En física, las fuerzas pueden clasificarse en los siguientes tipos:
- Fuerza del peso.
- Fuerza normal.
- Fuerza de tensión.
- Fuerza de rozamiento (o fuerza de fricción).
- Fuerza elástica.
- Fuerza gravitatoria.
- Fuerza de empuje.
- Fuerza eléctrica.
- Fuerza magnética.
- Fuerza nuclear.
Para ver en qué consiste cada tipo de fuerza, cómo se calcula y ejemplos de su aplicación haz clic en el siguiente enlace:
Unidades de fuerza
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de medida de la fuerza es el newton, cuyo símbolo es la letra N mayúscula.
Así pues, un newton se define como la fuerza necesaria para mover un cuerpo de masa 1 kg a una aceleración de 1 m/s2. O dicho de otra forma, un newton es la fuerza que se debe hacer durante un segundo a un cuerpo de 1 kg para que dicho cuerpo pase del reposo a tener una velocidad de 1 m/s.
Sin embargo, existen otras unidades para expresar el valor de una fuerza. A continuación te dejamos una tabla con las equivalencias entre las diferentes unidades de la fuerza y el newton:
| Unidad | Equivalencia en newtons |
|---|---|
| Dina (dyn) | 1·10-5 N |
| Kilogramo fuerza (kgf) | 9,80665 N |
| Sthene (sn) | 1000 N |
| Libra fuerza (lbf) | 4,44822 N |
| Poundal (pdl) | 0,1382550 N |
| Onza-fuerza (ozf) | 0,278014 N |
Ejercicios resueltos de fuerzas
Ejercicio 1
En una superficie plana tenemos un objeto de 11 kg en equilibrio. En un momento dado se le aplica una fuerza para que tenga una aceleración de 3 m/s2. Calcula el valor de la fuerza aplicada (sin tener en cuenta el rozamiento).
Para sacar el valor de la fuerza aplicada sobre el cuerpo, tenemos que usar la fórmula general de la fuerza:
De modo que sustituimos los datos del ejercicio en la fórmula y calculamos su valor:
Ejercicio 2
Si a un cuerpo de 15 kg se le aplica una fuerza de 250 N, ¿qué aceleración tendrá el cuerpo?
Para resolver este problema también debemos emplear la fórmula de la fuerza.
En este caso, conocemos el valor de fuerza aplicada y de la masa del cuerpo, así que debemos despejar la aceleración de la fórmula para hallar su valor:
Ahora sustituimos los valores de la fuerza y de la masa en la expresión y determinamos la aceleración adquirida por el cuerpo.
Ejercicio 3
Un coche se mueve a una velocidad de 40 km/h y el conductor del coche ve que hay un accidente delante. Suponiendo que el coche chocaría en 6 segundos y que el peso del coche junto con el del conductor es de 850 kg, ¿qué fuerza deben hacer los frenos para detener el coche a tiempo?
En primer lugar, pasamos la velocidad del coche a unidades del Sistema Internacional haciendo un factor de conversión:
Ahora tenemos que calcular la aceleración que debe tener el coche para frenar a tiempo. Para ello, utilizamos la fórmula de la aceleración:
Y una vez sabemos la masa del sistema y la aceleración que debe coger el coche, podemos obtener la fuerza que deben hacer los frenos con la fórmula de la fuerza:
La fuerza resultante tiene signo negativo porque se debe aplicar en sentido contrario al movimiento del coche para poderlo frenar.
