Para representar la fuerza de forma gráfica se puede optar por un vector. Pero este debe poseer cuatro elementos básicos: sentido, punto de aplicación, magnitud o intensidad y recta de acción o dirección.
Tipos de fuerzas en física
Existen varios tipos de fuerzas, unas denominadas como fuerzas fundamentales de la naturaleza y otras tantas que son expresiones de estas interacciones básicas.
Fuerza gravitatoria
Esta es una de las fuerzas más conocidas, en especial porque fue una de las primeras en estudiarse. Es la fuerza de atracción que se genera entre dos cuerpos.
De hecho, el peso de un cuerpo se debe a la acción que ejerce la atracción gravitacional terrestre sobre este. La fuerza de gravedad está condicionada tanto por la distancia como por la masa de ambos cuerpos.
La ley de gravitación universal fue descubierta por Isaac Newton y fue publicada en 1686. La gravedad es la que permite la caída de los cuerpos en la Tierra. Y también es la responsable de los movimientos que se observan en el Universo.
Es decir, el hecho de que la Luna orbite alrededor de la Tierra o que los planetas orbiten alrededor del Sol es producto de la fuerza gravitatoria.
Fuerza electromagnética
La segunda fuerza de tipo cotidiana son las interacciones electromagnéticas, las cuales incluyen las fuerzas eléctricas y magnéticas. Se trata de una fuerza que afecta a dos cuerpos que están eléctricamente cargados.
Se produce con mayor intensidad que la fuerza gravitatoria y además, es la fuerza que permite las modificaciones químicas y físicas de las moléculas y átomos.
La fuerza electromagnética puede dividirse en dos tipos. La fuerza que se da entre dos partículas cargadas en reposo se llama fuerza electrostática. A diferencia de la gravedad que siempre es una fuerza de atracción, en esta la fuerza puede ser tanto de repulsión como de atracción. Pero cuando la fuerza surge entre dos partículas que se encuentran en movimiento, se superpone otra fuerza llamada magnética.
Interacción nuclear fuerte
Es el tipo de interacción más fuerte que existe y es la que se encarga de mantener unidos los componentes de los núcleos atómicos. Actúa de igual forma entre dos nucleones, neutrones o protones y es más intensa que la fuerza electromagnética, aunque tiene un alcance menor.
La fuerza eléctrica presente entre protones hace que estos se repelan mutuamente pero la gran fuerza gravitacional que existe entre las partículas nucleares permite contrarrestar esta repulsión para así mantener la estabilidad del núcleo.
Interacción nuclear débil
Conocida como fuerza débil, este es el tipo de interacción que permite la desintegración beta de los neutrones. Su alcance es tan corto que solo es relevante a una escala de núcleo. Se trata de una fuerza menos intensa que la fuerte, pero más intensa que la gravitacional. Este tipo de fuerza puede provocar efectos atractivos y repelentes, así como generar modificaciones en las partículas involucradas en el proceso.
-Fuerzas derivadas
Más allá de la clasificación de las fuerzas principales, la fuerza también puede dividirse en dos categorías importantes: fuerzas de distancia y fuerzas de contacto. La primera es cuando la superficie de los cuerpos involucrados no se roza.
Este es el caso de la fuerza de gravedad y la fuerza electromagnética. Y la segunda se trata de un contacto directo entre los cuerpos que interactúan físicamente como cuando se empuja una silla.
Las fuerzas de contacto son este tipo de fuerzas.
Fuerza normal
Esta es la fuerza que ejerce una superficie sobre un objeto que se encuentra apoyado en él. En este caso, la magnitud y la dirección del cuerpo se ejercen en dirección contraria al cuerpo del que se apoya. Y la fuerza actúa perpendicular y hacia afuera de dicha superficie.
Este es el tipo de fuerza que vemos cuando apoyamos un libro sobre una mesa, por ejemplo. Allí el objeto se encuentra en reposo sobre la superficie y en esa interacción son el peso y la fuerza de contacto las únicas que actúan.
Fuerza aplicada
En este caso, se trata de la fuerza que un objeto o un ser humano le transfiere a otro cuerpo, sea este otro objeto u otro humano. La fuerza aplicada siempre actúa de forma directa sobre el cuerpo, lo que significa que el contacto directo siempre se da. Este es el tipo de fuerza que se utiliza cuando se patea una pelota o cuando se empuja una caja.
Fuerza elástica
Este es el tipo de fuerza que se da cuando un resorte, comprimido o estirado, busca regresar a su estado de inercia. Esta clase de objetos están hechos para volver a un estado de equilibrio y la única manera de conseguirlo es a través de la fuerza.
El movimiento ocurre porque este tipo de objetos almacena una energía denominada potencial. Y es esta la que ejerce la fuerza que lo devuelve a su estado original.
Fuerza magnética
Este es un tipo de fuerza que se desprende directamente de la fuerza electromagnética. Esta fuerza surge cuando las cargas eléctricas están en movimiento. Las fuerzas magnéticas dependen de las velocidades de las partículas y cuentan con una dirección normal respecto a la velocidad de la partícula cargada sobre la que ejercen su acción.
Es un tipo de fuerza que está vinculada con los imanes pero también con las corrientes eléctricas. Se caracteriza por producir atracción entre dos o más cuerpos.
En el caso de los imanes, estos poseen un extremo sur y otro norte, y cada uno de ellos atrae los extremos opuestos a sí mismos en otro imán. Lo que significa que mientras los polos iguales se repelen, los opuestos se atraen. Este tipo de atracción también ocurre con algunos metales.
Fuerza eléctrica
Este es el tipo de fuerza que se produce entre dos o más cargas y la intensidad de estas va a depender directamente de la distancia que exista entre dichas cargas, así como en sus valores.
Al igual que sucede en la fuerza magnética con los polos iguales, las cargas que cuenten con el mismo signo se repelerán de forma mutua. Pero las que cuenten con signos diferentes se atraerán. En este caso, las fuerzas serán más intensas dependiendo de qué tan cerca estén los cuerpos el uno del otro.
Fuerza de rozamiento o fricción
Este es el tipo de fuerza que ocurre cuando se desliza un cuerpo sobre una superficie o se intenta hacerlo. Las fuerzas de rozamiento nunca ayudan al movimiento, lo que significa que se oponen a este.
Se trata básicamente de una fuerza pasiva que trata de retardar o incluso de impedir el movimiento del cuerpo, independientemente de la dirección que se tome.
Existen dos tipos de fuerza de rozamiento: las dinámicas y las estáticas.
Fuerzas de rozamiento dinámicas
La primera es la fuerza que se necesita para que el movimiento de dos cuerpos que interactúan entre sí sea uniforme. Esta es la fuerza que se opone al movimiento del cuerpo.
Fuerzas de rozamiento estáticas
La segunda, la fuerza estática, es la que establece la fuerza mínima necesaria para mover un cuerpo. Esta fuerza debería ser igual a la superficie con la que tienen contacto los dos cuerpos involucrados en el movimiento.
La fuerza de rozamiento cumple un papel fundamental en la vida diaria. En lo que respecta al rozamiento estático se trata de una fuerza muy útil, ya que es la que permite que los humanos puedan caminar como lo hacen y también es la que permite la acción de sostener un lápiz.
Sin esta fuerza no existiría el transporte sobre ruedas como se conoce hoy día. La misma importancia tiene el rozamiento dinámico, ya que es la fuerza que permite detener cualquier cuerpo en movimiento.
Fuerza de tensión
Este es el tipo de fuerza que se da cuando se ata a un cuerpo una cuerda, un alambre, un resorte o un cable y posteriormente se jala o se tensa. Esta interacción se da de forma paralela al objeto atado y hacia fuera de este en dirección contraria.
En este caso, el valor de la fuerza de tensión es equivalente al de la tensión que posea la soga, el resorte, el cable, etc, en el momento que se aplique la fuerza.
Fuerza de resistencia aerodinámica
Este tipo de fuerza también se le conoce como de resistencia del aire, esto debido a que es la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo mientras este se desplaza por el aire. La fuerza de resistencia aerodinámica crea oposición para que el cuerpo se le dificulte el avance en el aire.
Esto significa que la resistencia que pone el objeto es siempre en dirección contraria a la velocidad del cuerpo. En todo caso, este tipo de fuerza solo puede percibirse -o se percibe de forma más clara- cuando se trata de cuerpos de gran tamaño o cuando el mismo se traslada a altas velocidades. Es decir, que mientras menor sea la velocidad y el tamaño del objeto, menor será la resistencia de este al aire.
De empuje hacia arriba
Este es el tipo de fuerza que se produce cuando un cuerpo es sumergido en agua o en cualquier otro líquido. En este caso, el cuerpo parece ser mucho más liviano.
Esto se debe a que al sumergir un objeto actúan dos fuerzas al mismo tiempo. El peso del propio cuerpo, que lo empuja hacia abajo, y otra fuerza que lo empuja desde abajo hacia arriba.
Cuando ocurre esta fuerza, el líquido contenido sube de nivel porque el cuerpo que flota desplaza una parte del agua. Por otro lado, para saber si un cuerpo es capaz de flotar es necesario saber cuál es el peso específico de este.
Para determinar esto, se debe dividir el peso por el volumen. Si el peso resulta superior al empuje, el cuerpo se hundirá, pero si es menor, flotará.
Fuerza de ligadura
Si se quiere determinar la fuerza resultante que ejerce una acción sobre una partícula es necesario analizar otro tipo de fuerza, la de ligadura. Se dice que un punto material está vinculado cuando existen problemas físicos que limitan sus movimientos.
Son entonces estas limitaciones físicas las que reciben el nombre de ligaduras. Este tipo de fuerza no produce movimiento. Al contrario, su función es impedir los movimientos que producen las fuerzas activas que no son compatibles con las ligaduras.
Fuerza molecular
Este tipo de fuerza no tiene un carácter fundamental como las cuatro primeras fuerzas básicas, ni tampoco se desprende de estas. Pero aun así resulta importante para la mecánica cuántica.
Tal como lo indica su nombre, la fuerza molecular es la que actúa entre las moléculas. Estas son manifestaciones de la interacción electromagnética entre los núcleos y los electrones de una molécula con los de otra.
Fuerza de inercia
Las fuerzas a las que se les puede identificar el cuerpo responsable de actuar sobre la partícula se les conocen como fuerzas reales. Pero para calcular la aceleración de estas fuerzas se necesita un elemento referencial que debe ser inerte.
La fuerza de inercia es entonces la que actúa sobre la masa cuando se somete un determinado cuerpo a una aceleración. Este tipo de fuerza solo pueden observarse en sistemas de referencia acelerados.
Este tipo de fuerza es la que mantiene a los astronautas pegados a su asiento al momento del despegue de un cohete. Esta fuerza es también la responsable de lanzar una persona contra el parabrisas del coche durante un choque. Las fuerzas de inercia tienen la misma dirección pero un sentido opuesto a la de la aceleración a la que está sometida la masa.
-Según parámetros concretos
De volumen
Fuerza que actúa en todas las partículas de un determinado cuerpo, como las fuerzas magnéticas o gravitatorias.
De superficie
Actúan únicamente en la superficie de un cuerpo. Se dividen en distribuídas (peso de una viga) y en puntuales (al colgar una polea).
De contacto
El cuerpo que ejerce la fuerza entra en contacto directo. Por ejemplo, una máquina que empuja un mueble.
A distancia
El cuerpo que ejerce la fuerza no entra en contacto. Son las fuerzas gravitacional, nuclear, magnética y eléctrica.
Estáticas
La dirección y la intensidad de la fuerza cambia poco, como el peso de la nieve o de una casa.
Dinámicas
La fuerza que actúa sobre el objeto varía rápidamente, como en impactos o terremotos.
Equilibradas
Fuerzas cuyas direcciones son contrarias. Por ejemplo, cuando dos coches del misma peso y que van a la misma velocidad chocan.
Desequilibradas
Por ejemplo, cuando un camión choca contra un coche pequeño. La fuerza del camión es mayor, y por tanto son desequilibradas.
Fijas
Son fuerzas que siempre están presentes. Por ejemplo, el peso de un edificio o de un cuerpo.
Variables
Fuerzas que pueden aparecer y desaparecer, como el viento.
De acción
Fuerza ejercida por un objeto que mueve o modifica otro. Por ejemplo, una persona que golpea un muro.
De reacción
El cuerpo sobre el que se aplica la fuerza, ejerce una fuerza de reacción. Por ejemplo, un muro, al ser golpeado, ejerce fuerza de reacción.
