Clasificación de las fuerzas

La causa de las fuerzas es la interacción de los cuerpos según la esta interacción se encuentra en dos clasificaciones:

– La fuerza por contacto, son las tratadas en el apartado anterior.
– Las fuerzas a distancia, son aquellas que actúan en tres cuerpos que no están en contacto, son de la clase: fuerzas gravitatorias, electroestáticas y magnéticas.

Nota: al tratar el concepto de fuerzas a distancia  se tendrá el concepto de campo de fuerzas, que se define como el lugar o el espacio donde un cuerpo cualquiera ejerce una fuerza a distancias sobre otros cuerpos.

Medidas de fuerzas

Usualmente en los laboratorios los dinamómetros para medir las fuerzas, dichos aparatos parten en la propiedad que tienen algunos cuerpos para ser elásticos.

La elasticidad se presenta en aquellos cuerpos o materiales que se deforman al ser sometidos a la acción de fuerzas y  recuperan su forma original cuando cesa la fuerza deformadora.

Composición de fuerzas

Varias fuerzas reemplazadas en un solo cuerpo pueden ser remplazados por una sola que es la resultante de las anteriores, existen métodos para resolver problemas de fuerzas concurrentes de distintas direcciones.

Método del paralelogramo:

Este método permite solamente sumar vectores de a pares. Consiste en disponer gráficamente los dos vectores de manera que los orígenes de ambos coincidan en un punto, trazando rectas paralelas a cada uno de los vectores, en el extremo del otro y de igual longitud, formando así un paralelogramo.

El resultado de la suma es la diagonal de dicho paralelogramo que parte del origen común de ambos vectores.

Método de la poligonal:

Este método permite sumar varios vectores, se forma una cadena con todos ellos, el vértice (punta de flecha) de uno con el origen del siguiente, y así con todos. La resultante es la que tiene su raíz en el origen de la primera y su remate en el extremo de la última.

Fuerzas que actúan en la misma dirección

• De igual sentido: la intensidad de la fuerza resultante es igual a la suma de las intensidades de las componentes y su sentido es el de las componentes.
• De sentido contrario: la intensidad resultante es la diferencia de las intensidades de las componentes, y el sentido será el mismo que el de la mayor.

Fuerzas perpendiculares

Para este caso el valor de la intensidad de la resultante se calcula por el teorema de Pitágoras.

Fuerzas paralelas

• De igual sentido: se trata de la fuerza mayor sobre la menor y con sentido opuesto a la fuerza mayor se toma una fuerza de igual intensidad que la menor. Se unen los extremos lo que determina un segmento que corta al determinado por los orígenes de fuerzas uno y dos concurrentes. Este punto intersección es el punto de aplicación de la Resultante y la intensidad de la resultante es igual a la suma de las intensidades de fuerzas uno y dos concurrentes.
• De sentido contrario: dadas las fuerzas uno y dos concurrentes de igual dirección y sentido contrario, para hallar el punto de aplicación de la resultante, se toma a partir del origen de la fuerza mayor un vector de igual modulo y dirección que la fuerza menor pero de sentido contrario (fuerza uno concurrente). En el origen de la fuerza menor se traza un vector de igual modulo, dirección y sentido que la mayor (fuerza dos concurrente). La recta determinada por los extremos de la fuerza uno y dos concurrentes corta la determinada por los orígenes de la fuerza uno y dos concurrentes en el punto de aplicación de la resultante cuyo modulo es igual a la diferencia entre los dos módulos de fuerza uno y dos concurrentes, y el sentido es el de la fuerza de mayor modulo.

Equilibrio de un sistema de fuerzas

Dos fuerzas de iguales dirección e intensidad y de sentido contrario se equilibran, es decir, son anuladas. Si en un sistema de fuerzas se agregan dos fuerzas que se equilibran, no habrá cambios respecto de la situación primitiva, sin embargo con una fuerza de igual dirección e intensidad que la resultante, pero de sentido contrario, el sistema quedará en equilibrio.

Hasta aquí se puede asegurar que:

• A toda acción se opone una reacción de igual dirección e intensidad pero de sentido contrario.
• A la fuerza aplicada para levantar un cuerpo se opone el peso de este
• A la acción ejercida por el peso de un cuerpo  apoyado sobre una mesa se opone la reacción de esta que evita la caída del mismo.
• A la fuerza ejercida por la plomada pendiente del hilo se opone la resistencia de este lo que evita la caída de aquella.

Momentos de una fuerza

En mecánica newtoniana, se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud (pseudo) vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se toma el momento por la fuerza, en ese orden. También se le denomina momento dinámico o sencillamente momento.

El momento de una fuerza F aplicada en un punto P con respecto de un punto O viene dado por el producto vectorial del vector OP por el vector fuerza; esto es, donde

r es el vector que va desde O a P.

Cuplas (par de fuerzas)

Par de fuerzas, es un sistema formado por dos fuerzas de la misma intensidad o módulo, de la misma dirección (paralelas) y de sentido contrario.

Al aplicar un par de fuerzas a un cuerpo se produce una rotación o una torsión. La magnitud de la rotación depende del valor de las fuerzas que forman el par y de la distancia entre ambas, llamada brazo del par.

Un par de fuerzas queda caracterizado por su momento. El momento de un par de fuerzas, M, es una magnitud vectorial que tiene por módulo el producto de cualquiera de las fuerzas por la distancia (perpendicular) entre ellas d. Esto es,

Palanca

La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza y un desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro.

Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.

En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a resistencia por el suyo.

Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

Balanza

La balanza es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas.

Polea

Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal («garganta»), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.

Hay dos clases de polea simple las cuales son:

• Polea simple fija: la manera más sencilla de utilizar una polea es colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso.
• Polea simple móvil: una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga.
• Poleas compuestas: existen sistemas con múltiples de poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo.

Torno

Es un mecanismo constituido por un cilindro que gira alrededor de su eje, movido por una manivela, cuya función consiste en elevar pesos, los cuales son suspendidos de la soga arrollada en el cilindro.