Fuerza: definición, tipos y unidades de medición

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Fuerza

Antes de hablar sobres los esfuerzos, tenemos que conocer un concepto más básico, el de fuerza. 

Se define fuerza como una magnitud vectorial que tiende a producir un cambio en el movimiento de un cuerpo o en su estructura interna, es decir, producir una deformación.

También podríamos referirnos con fuerza, a un empujón o un tirón sobre un cuerpo, siento este el resultado de la interacción de un cuerpo con otro. Siempre que hay una interacción entre dos cuerpos, existe una fuerza sobre cada uno de estos. Cuando cesa la interacción, los dos cuerpos ya no experimentan la fuerza. Entonces, podemos decir que las fuerzas solo existen como resultado de una interacción.

Debido a su carácter vectorial, varias fuerzas actuando sobre un mismo punto pueden combinarse o sumarse en una sola y, similarmente, una fuerza puede considerarse que está compuesta de varias fuerzas, y descomponerse en estas.

Paralelogramo para sumar dos vectores de fuerza

Tipos de fuerza

Las fuerzas de cuerpo o másicas («body forces») actúan a distancia, y están en relación directa con la masa del cuerpo al cual se aplican. Son fuerzas de cuerpo las inducidas por la gravedad, la centrífuga o las creadas por campos magnéticos, por ejemplo. 

Las fuerzas de superficie («surface forces») dependen siempre de causas externas al cuerpo y no guardan ninguna relación con la masa del mismo. Se llaman así debido a que se puede considerar que son aplicadas a una superficie del cuerpo. Se pueden dividir en simples y compuestas. Las simples tienden a producir movimiento, y las compuestas a producir distorsión.


Tipos de fuerza de superficie

Las fuerzas compuestas que consisten en dos fuerzas actuando en sentidos contrarios a lo largo de la misma línea recta se dividen en tensionales, cuando son divergentes, y compresivas o compresionales, cuando convergen hacia el cuerpo (Fig.1-1). Dos fuerzas actuando en sentidos contrarios, siendo estas paralelas, constituyen lo que se llama un par de fuerzas, o cupla. Las fuerzas compuestas pueden ser aún más complicadas, como en el caso de dos pares de fuerzas que tienden a producir una torsión.


Unidades de medición

La fuerza en los sistemas Cegesimal e Internacional no es una unidad fundamental, sino que la unidad fundamental es la masa (gr y kg respectivamente). La unidad de fuerza en cada uno se define como la fuerza que es necesario aplicar a un cuerpo de masa unidad para que adquiera una aceleración igual a una unidad de longitud por cada unidad de tiempo elevada al cuadrado. Cuando decimos "masa unidad", "unidad de longitud", o "unidad de tiempo", nos estamos refiriendo a que, independientemente del sistema de medición, estas propiedades deben de considerarse con un valor igual a uno, por ejemplo: 1 kg, 1 metro, o 1 seg.

En el Sistema Cegesimal (c.g.s), la unidad de fuerza es la dina: 1 dina = 1 gr*cm / seg^2 

En el Sistema Internacional (S.I. ó M.K.S.) es el newton (N): 1 newton = 1 kg*m / seg^2

 Puede calcularse fácilmente que 1 newton = 105 dinas.

 
En el Sistema Técnico o Terrestre la fuerza es una unidad fundamental: 1 kilo fuerza o kilopondio se define como la fuerza con la cual la Tierra atrae en París a un cuerpo cuya masa es de 1 kg (en el Sistema Internacional). Esa fuerza le haría adquirir una aceleración de 9.81 m / seg^2 si cayera libremente en el vacío.

La equivalencia con el S.I. es la siguiente: 1 kilo fuerza = 9.81 newtons. Esto es debido a que un newton es la fuerza necesaria para someter a una masa de 1 kg a una aceleración de 1 m / seg^2 y un kilo fuerza es la fuerza necesaria para someter a una masa de 1 kg a una aceleración de 9.81 m / seg^2.

La masa es una unidad secundaria en el Sistema Técnico: la unidad técnica de masa (U.T.M.) se define como la masa de un cuerpo que pesa 9.81 kilos fuerza en París, esto quiere decir que: 1 U.T.M. = 9.81 kg (masa).



Fuentes: 
  • The Meaning of Force. Obtenido de https://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-2/The-Meaning-of-Force
  • Martínez, J.. (2002). Geología Estructural y Dinámica Global. Salamanca, España: Universidad de Salamanca.



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