Fuerza y Gravitación: Interacciones Físicas

• La fuerza es una interacción que, cuando no se equilibra, causa un cambio en el movimiento de un objeto.
• Las fuerzas pueden causar que un objeto acelere, desacelere, cambie de dirección o se deforme.
• La fuerza es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene magnitud y dirección.
• La unidad SI de fuerza es el Newton (N), definido como la fuerza necesaria para acelerar una masa de 1 kg a una tasa de 1 m/s².

Fuerza Gravitacional

• Es la fuerza de atracción entre todos los objetos con masa.
• La fuerza gravitacional entre dos objetos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.
• La ecuación para la fuerza gravitacional es: F = G * (m1 * m2) / r², donde:
  • F es la fuerza gravitacional.
  • G es la constante gravitacional (aproximadamente 6.674 × 10⁻¹¹ N⋅m²/kg²).
  • m1 y m2 son las masas de los dos objetos.
  • r es la distancia entre los centros de los dos objetos.
• El peso de un objeto es la fuerza gravitacional ejercida sobre él por la Tierra (o cualquier otro cuerpo celeste).
• El peso se calcula como: W = mg, donde:
  • W es el peso.
  • m es la masa del objeto.
  • g es la aceleración debida a la gravedad (aproximadamente 9.81 m/s² en la superficie de la Tierra).

Análisis de Tensiones (en cuerdas o cables)

• La tensión es la fuerza ejercida por una cuerda, cable, o alambre sobre un objeto al que está conectado.
• La tensión se dirige a lo largo de la cuerda y tira igualmente en ambos extremos.
• En problemas de estática, la tensión en una cuerda ideal (sin masa e inextensible) es constante a lo largo de la cuerda.
• Al analizar sistemas con cuerdas y poleas, es importante identificar todas las fuerzas que actúan sobre cada objeto y aplicar las leyes de Newton.
• Para sistemas en equilibrio (estática), la suma de todas las fuerzas en cada dirección es igual a cero.
• Para sistemas en movimiento (dinámica), la suma de las fuerzas es igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración (F = ma).

Dinámica de Fuerzas

• La dinámica es el estudio de las fuerzas y su efecto en el movimiento de los objetos.
• Las leyes de Newton del movimiento son fundamentales para la dinámica:
  • Primera Ley (Ley de la Inercia): Un objeto permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe una fuerza neta sobre él.
  • Segunda Ley: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa (F = ma).
  • Tercera Ley (Ley de Acción y Reacción): Por cada acción, hay una reacción igual y opuesta.
• La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.
• Para resolver problemas de dinámica:
  • Dibujar un diagrama de cuerpo libre para cada objeto, mostrando todas las fuerzas que actúan sobre él.
  • Elegir un sistema de coordenadas apropiado.
  • Aplicar las leyes de Newton para escribir ecuaciones de fuerza en cada dirección.
  • Resolver las ecuaciones para encontrar las incógnitas (aceleraciones, tensiones, etc.).
• El trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto es igual al producto de la fuerza por la distancia recorrida por el objeto en la dirección de la fuerza: W = Fd cos(θ), donde:
  • W es el trabajo.
  • F es la magnitud de la fuerza.
  • d es la magnitud del desplazamiento.
  • θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
• La energía cinética de un objeto es la energía que posee debido a su movimiento: KE = (1/2)mv², donde:
  • KE es la energía cinética.
  • m es la masa.
  • v es la velocidad.
• La energía potencial gravitacional de un objeto es la energía que posee debido a su posición en un campo gravitacional: PE = mgh, donde:
  • PE es la energía potencial gravitacional.
  • m es la masa.
  • g es la aceleración debida a la gravedad.
  • h es la altura.
• El principio de conservación de la energía establece que la energía total de un sistema aislado permanece constante; la energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse.
• La potencia es la tasa a la que se realiza el trabajo: P = W/t, donde:
  • P es la potencia.
  • W es el trabajo.
  • t es el tiempo.
• La unidad SI de potencia es el vatio (W), que se define como 1 Joule por segundo (1 J/s).