Conceptos de Mecánica del Sólido explicados a mi abuelita: 1. Fuerzas

La Mecánica del Sólido forma una parte básica de la Física que se da tanto en Bachillerato como en los primeros cursos de toda ingeniería. Aún así, nos acabamos topando con el curioso fenómeno de que, cuando los ingenieros salimos de nuestra cáscara y tratamos de comunicarnos con cualquier otra persona, parece que hablemos idiomas diferentes. Esta serie de posts pretende ser de ayuda a todos aquellos que se han encontrado alguna vez conversando con un ingeniero y preguntándose si estaba hablando en klingon.

Empecemos por el concepto de fuerza. Todos tenemos una idea intuitiva de lo que es una fuerza, pero no es tan fácil de definir. Una fuerza es cualquier acción que ejerzamos sobre un cuerpo con el objetivo de influir sobre su estado de movimiento. Así, siempre que empujamos, sostenemos o tiramos de algo estamos ejerciendo fuerzas sobre ese cuerpo, a veces bastante complejas.

Una fuerza puede describirse mediante un número, al que llamamos magnitud, pero eso sólo nos da una visión incompleta. Para caracterizar plenamente una fuerza, utilizamos un ingenioso artilugio matemático llamado vector. Un vector es, a grandes rasgos, una flecha imaginaria que nos da información sobre la magnitud de la fuerza (la longitud del vector), su dirección (la dirección que marca la flecha) y su punto de aplicación (la ubicación del vector en el espacio).

Pese a tener igual dirección y magnitud (P), ambas fuerzas están aplicadas en puntos distintos, por lo que producirán efectos diferentes

Las fuerzas se dividen en dos grandes clases, según si se aplican en la superficie del cuerpo o bien en todos los puntos del mismo. Las primeras se llaman fuerzas de superficie e incluyen las interacciones con otros cuerpos o fuerzas de contacto. Son las que ejercemos al empujar o sostener algo. Las segundas se llaman fuerzas de volumen e incluyen las fuerzas que actúan a distancia, como la gravedad, la atracción y repulsión electromagnéticas o las fuerzas de inercia.

Al final, el movimiento de un cuerpo depende de todas las fuerzas que actúen sobre él, sean de superficie o de volumen, pero es importante distinguir si una fuerza actúa por contacto o a distancia. Al fin y al cabo, la razón por la que los cuerpos caen es que la gravedad actúa a distancia, mientras que las fuerzas que los sujetan sólo lo hacen por contacto. Así pues, si puedo estar sentado en esta silla es sólo porque la misma ejerce una fuerza de contacto sobre una parte muy específica de la superficie de mi cuerpo. Si ahora esta silla se rompiera, dejaría de realizar esta fuerza, con lo que no habría nada que compensara la gravedad que la Tierra ejerce sobre mí, de modo que caería hacia abajo hasta topar con un nuevo cuerpo –el suelo de mi habitación–, que, desde ese momento empezaría a ejercer una nueva fuerza de contacto sobre mí, que –de una forma bastante dolorosa– frenaría mi caída.

El clásico problema del plano inclinado. Sobre el cuerpo actúa una fuerza de volumen (el peso, P) y dos de superficie (la normal, N, y la fuerza de rozamiento, Fr). Hablaremos más de ellas en futuros posts

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