- Tipus de forces en física
- - Forces fonamentals
- força gravitatòria
- força electromagnètica
- Interacció nuclear forta
- Interacció nuclear feble
- - Forces derivades
- força normal
- força aplicada
- força elàstica
- força magnètica
- força elèctrica
- Força de fregament o fricció
- Forces de fregament dinàmiques
- Forces de fregament estàtiques
- Força de tensió
- Força de resistència aerodinàmica
- De empenta cap amunt
- Força de lligadura
- força molecular
- Força d'inèrcia
- - Tipus de forces segons paràmetres concrets
- de volum
- de superfície
- de contacte
- A distància
- estàtiques
- dinàmiques
- equilibrades
- desequilibrades
- fixes
- variables
- d'acció
- de reacció
- referències
Hi ha diferents tipus de força depenent del seu sentit, magnitud o intensitat, aplicació i direcció. La força és tot agent que té la capacitat de modificar l'estat en què es troba un cos, independentment de si està en moviment o en repòs.
La força pot ser també un element que causi la deformació d'un cos. En el camp de la física es pot definir com una magnitud vectorial que s'encarrega de mesurar la intensitat de l'intercanvi de moment lineal entre elements. Per mesurar la força és necessari conèixer les seves unitats i valors, però també el lloc on s'aplica i cap a quina direcció.
Per representar la força de forma gràfica es pot optar per un vector. Però aquest ha de posseir quatre elements bàsics: sentit, punt d'aplicació, magnitud o intensitat i recta d'acció o direcció.
Tipus de forces en física
Hi ha diversos tipus de forces, unes denominades com a forces fonamentals de la natura i altres tantes que són expressions d'aquestes interaccions bàsiques.
- Forces fonamentals
força gravitatòria
El pèndol de Newton ajuda a entendre el concepte de força gravitatòria.
Aquesta és una de les forces més conegudes, especialment perquè va ser una de les primeres a estudiar-se. És la força d'atracció que es genera entre dos cossos.
De fet, el pes d'un cos es deu a l'acció que exerceix l'atracció gravitacional terrestre sobre aquest. La força de gravetat està condicionada tant per la distància com per la massa dels dos cossos.
La llei de gravitació universal va ser descoberta per Isaac Newton i va ser publicada en 1686. La gravetat és la que permet la caiguda dels cossos en la Terra. I també és la responsable dels moviments que s'observen en l'Univers.
És a dir, el fet que la Lluna orbiti voltant de la Terra o que els planetes orbiten al voltant de el Sol és producte de la força gravitatòria.
força electromagnètica
La segona força de tipus quotidiana són les interaccions electromagnètiques, les quals inclouen les forces elèctriques i magnètiques. Es tracta d'una força que afecta dos cossos que estan elèctricament carregats.
Es produeix amb més intensitat que la força gravitatòria ia més, és la força que permet les modificacions químiques i físiques de les molècules i àtoms.
La força electromagnètica pot dividir-se en dos tipus. La força que es dóna entre dues partícules carregades en repòs es diu força electrostàtica. A diferència de la gravetat que sempre és una força d'atracció, en aquesta la força pot ser tant de repulsió com d'atracció. Però quan la força sorgeix entre dues partícules que es troben en moviment, es superposa una altra força anomenada magnètica.
Interacció nuclear forta
És el tipus d'interacció més forta que existeix i és la que s'encarrega de mantenir units els components dels nuclis atòmics. Actua de la mateixa manera entre dos nucleons, neutrons o protons i és més intensa que la força electromagnètica, encara que té un abast menor.
La força elèctrica present entre protons fa que aquests es repel·leixin mútuament però la gran força gravitacional que existeix entre les partícules nuclears permet contrarestar aquesta repulsió per així mantenir l'estabilitat de l'nucli.
Interacció nuclear feble
Coneguda com a força feble, aquest és el tipus d'interacció que permet la desintegració beta dels neutrons. El seu abast és tan curt que només és rellevant a una escala de nucli. Es tracta d'una força menys intensa que la forta, però més intensa que la gravitacional. Aquest tipus de força pot provocar efectes atractius i repel·lents, així com generar modificacions en les partícules involucrades en el procés.
- Forces derivades
Més enllà de la classificació de les forces principals, la força també pot dividir-se en dues categories importants: forces de distància i forces de contacte. La primera és quan la superfície dels cossos involucrats no es frega.
Aquest és el cas de la força de gravetat i la força electromagnètica. I la segona es tracta d'un contacte directe entre els cossos que interactuen físicament com quan s'empeny una cadira.
Les forces de contacte són aquest tipus de forces.
força normal
La força normal és aquella que exerceix la taula sobre el rellotge de sorra recolzat en ella.
Aquesta és la força que exerceix una superfície sobre un objecte que es troba recolzat en ell. En aquest cas, la magnitud i la direcció de el cos s'exerceixen en direcció contrària a el cos de què es dóna suport. I la força actua perpendicular i cap a fora d'aquesta superfície.
Aquest és el tipus de força que veiem quan donem suport un llibre sobre una taula, per exemple. Allà l'objecte es troba en repòs sobre la superfície i en aquesta interacció són el pes i la força de contacte les úniques que actuen.
força aplicada
Quan es patea un penal s'està exercint una força aplicada en la pilota
En aquest cas, es tracta de la força que un objecte o un ésser humà li transfereix a un altre cos, sigui aquest altre objecte o un altre humà. La força aplicada sempre actua de forma directa sobre el cos, el que significa que el contacte directe sempre es dóna. Aquest és el tipus de força que s'utilitza quan es patea una pilota o quan s'empeny una caixa.
força elàstica
El moll és un objecte amb energia potencial elàstica.
Aquest és el tipus de força que es dóna quan un ressort, comprimit o estirat, busca tornar al seu estat d'inèrcia. Aquesta classe d'objectes estan fets per tornar a un estat d'equilibri i l'única manera d'aconseguir-ho és a través de la força.
El moviment passa perquè aquest tipus d'objectes emmagatzema una energia anomenada potencial. I és aquesta la que exerceix la força que el torna al seu estat original.
força magnètica
Els imants desprenen una força magnètica que els permeten atreure certs metalls sense la necessitat de tocar-los.
Aquest és un tipus de força que es desprèn directament de la força electromagnètica. Aquesta força sorgeix quan les càrregues elèctriques estan en moviment. Les forces magnètiques depenen de les velocitats de les partícules i compten amb una adreça normal respecte a la velocitat de la partícula carregada sobre la qual exerceixen la seva acció.
És un tipus de força que està vinculada amb els imants però també amb els corrents elèctrics. Es caracteritza per produir atracció entre dos o més cossos.
En el cas dels imants, aquests posseeixen un extrem sud i un altre nord, i cada un d'ells atreu els extrems oposats a si mateixos en un altre imant. El que vol dir que mentre els pols iguals es repel·leixen els oposats s'atrauen. Aquest tipus d'atracció també passa amb alguns metalls.
força elèctrica
Si es frega un globus amb el cabell adquireix la propietat d'atreure cossos. És per això que aquest gatet no pot desprendre d'ell.
Aquest és el tipus de força que es produeix entre dos o més càrregues i la intensitat d'aquestes dependrà directament de la distància que hi hagi entre aquestes càrregues, així com en els seus valors.
A l'igual que succeeix en la força magnètica amb els pols iguals, les càrregues que comptin amb el mateix signe es repel·liran de forma mútua. Però les que compten amb signes diferents s'atrauran. En aquest cas, les forces seran més intenses depenent de què tan a prop estiguin els cossos l'un a l'altre.
Força de fregament o fricció
Aquest és el tipus de força que passa quan es llisca un cos sobre una superfície o s'intenta fer-ho. Les forces de fregament mai ajuden a el moviment, el que significa que s'oposen a aquest.
Es tracta bàsicament d'una força passiva que tracta de retardar o fins i tot d'impedir el moviment de el cos, independentment de la direcció que es prengui.
Hi ha dos tipus de força de fregament: les dinàmiques i les estàtiques.
Forces de fregament dinàmiques
Els patins sobre gel generen una fricció dinàmica
La primera és la força que es necessita perquè el moviment de dos cossos que interactuen entre si sigui uniforme. Aquesta és la força que s'oposa a el moviment de el cos.
Forces de fregament estàtiques
La segona, la força estàtica, és la que estableix la força mínima necessària per moure un cos. Aquesta força hauria de ser igual a la superfície amb la qual tenen contacte els dos cossos involucrats en el moviment.
La força de fregament compleix un paper fonamental en la vida diària. Pel que fa a la fricció estàtic es tracta d'una força molt útil, ja que és la que permet que els humans puguin caminar com ho fan i també és la que permet l'acció de sostenir un llapis.
Sense aquesta força no existiria el transport sobre rodes com es coneix avui dia. La mateixa importància té el fregament dinàmic, ja que és la força que permet aturar qualsevol cos en moviment.
Força de tensió
Aquest és el tipus de força que es dóna quan es lliga a un cos una corda, un filferro, un ressort o un cable i posteriorment es jala o es tensa. Aquesta interacció es dóna de forma paral·lela a l'objecte lligat i cap a fora d'aquest en direcció contrària.
En aquest cas, el valor de la força de tensió és equivalent a el de la tensió que posseeixi la soga, el ressort, el cable, etc, en el moment que s'apliqui la força.
Força de resistència aerodinàmica
Aquest tipus de força també se li coneix com de resistència de l'aire, això a causa que és la força que s'exerceix sobre un cos mentre aquest es desplaça per l'aire. La força de resistència aerodinàmica crea oposició perquè el cos se li dificulti l'avanç en l'aire.
Això vol dir que la resistència que posa l'objecte és sempre en direcció contrària a la velocitat de el cos. En tot cas, aquest tipus de força només pot percebre -o es percep de forma més clarament quan es tracta de cossos de grans dimensions o quan el mateix es trasllada a altes velocitats. És a dir, que mentre menor sigui la velocitat i la mida de l'objecte, menor serà la resistència d'aquest a l'aire.
De empenta cap amunt
Aquest és el tipus de força que es produeix quan un cos és submergit en aigua o en qualsevol altre líquid. En aquest cas, el cos sembla ser molt més lleuger.
Això es deu al fet que a l'submergir un objecte actuen dues forces a el mateix temps. El pes de el propi cos, que l'empeny cap avall, i una altra força que l'empeny de baix a dalt.
Quan ocorre aquesta força, el líquid contingut puja de nivell perquè el cos que sura desplaça una part de l'aigua. D'altra banda, per saber si un cos és capaç de surar cal saber quin és el pes específic d'aquest.
Per determinar això, s'ha de dividir el pes pel volum. Si el pes és superior a l'empenta, el cos s'enfonsarà, però si és menor, surarà.
Força de lligadura
Si es vol determinar la força resultant que exerceix una acció sobre una partícula és necessari analitzar un altre tipus de força, la de lligadura. Es diu que un punt material està vinculat quan hi ha problemes físics que limiten els seus moviments.
Són llavors aquestes limitacions físiques les que reben el nom de lligadures. Aquest tipus de força no produeix moviment. A canvi, la seva funció és impedir els moviments que produeixen les forces actives que no són compatibles amb els lligams.
força molecular
Aquest tipus de força no té un caràcter fonamental com les quatre primeres forces bàsiques, ni tampoc es desprèn d'aquestes. Però tot i així resulta important per a la mecànica quàntica.
Tal com ho indica el seu nom, la força molecular és la que actua entre les molècules. Aquestes són manifestacions de la interacció electromagnètica entre els nuclis i els electrons d'una molècula amb els d'una altra.
Força d'inèrcia
Les forces a les quals se'ls pot identificar el cos responsable d'actuar sobre la partícula se'ls coneixen com a forces reals. Però per calcular l'acceleració d'aquestes forces es necessita un element referencial que ha de ser inert.
La força d'inèrcia és llavors la qual actua sobre la massa quan se sotmet un determinat cos a una acceleració. Aquest tipus de força només poden observar-se en sistemes de referència accelerats.
Aquest tipus de força és la que manté als astronautes enganxats al seu seient a l'hora de l'enlairament d'un coet. Aquesta força és també la responsable de llançar una persona contra el parabrisa de l'cotxe durant un xoc. Les forces d'inèrcia tenen la mateixa direcció però un sentit oposat a la de l'acceleració a la qual està sotmesa la massa.
- Tipus de forces segons paràmetres concrets
de volum
Força que actua en totes les partícules d'un determinat cos, com les forces magnètiques o gravitatòries.
de superfície
Actuen únicament en la superfície d'un cos. Es divideixen en distribuïdes (pes d'una biga) i en puntuals (a l'penjar una politja).
de contacte
El cos que exerceix la força entra en contacte directe. Per exemple, una màquina que empeny un moble.
A distància
El cos que exerceix la força no entra en contacte. Són les forces gravitacional, nuclear, magnètica i elèctrica.
estàtiques
La direcció i la intensitat de la força canvia poc, com el pes de la neu o d'una casa.
dinàmiques
La força que actua sobre l'objecte varia ràpidament, com a impactes o terratrèmols.
equilibrades
Forces les adreces són contràries. Per exemple, quan dos cotxes de l'mateixa pes i que van a la mateixa velocitat xoquen.
desequilibrades
Per exemple, quan un camió xoca contra un cotxe petit. La força de l'camió és més gran, i per tant són desequilibrades.
fixes
Són forces que sempre hi són presents. Per exemple, el pes d'un edifici o d'un cos.
variables
Forces que poden aparèixer i desaparèixer, com el vent.
d'acció
Força exercida per un objecte que mou o modifica un altre. Per exemple, una persona que colpeja un mur.
de reacció
El cos sobre el qual s'aplica la força, exerceix una força de reacció. Per exemple, un mur, a l'ésser colpejat, exerceix força de reacció.
referències
- Zemansky, S. (2009). «Física Universitària. Volum 1. Dotzena edició. Mèxic ». Recuperat de fisicanet.com.ar.
- Medina, A; Ovejero, J. (2010). «Lleis de Newton i les seves aplicacions. Departament de Física Aplicada. Universitat de Salamanca. Madrid ». Recuperat de ocw.usal.es.
- Medina, C. (2015). «Força d'empenta cap amunt». Recuperat de prezi.com.