El Trabajo (fisica)

LA FUERZA.

Introducción.

La fuerza es una cualidad física básica, junto con la flexibilidad, resistencia y

velocidad, que si bien en un principio parece ligada únicamente al aparato locomotor

(músculos), guarda relación con el sistema de control del movimiento (Sistema Nervioso

Central) y con los sistemas energéticos (Sistema Cardiovascular y Respiratorio).

Para comprender esta cualidad es necesario recordar que los músculos son los

responsables del movimiento de nuestro cuerpo, y que son las fibras musculares las que

consiguen transformar en energía cinética, en movimiento, una energía química, y ello gracias

al metabolismo anaeróbico o aeróbico.

Cuando queremos realizar un movimiento, las fibras del músculo tras una serie de

reacciones químicas se "acortan", y provocan un acortamiento o "contracción" del músculo.

Este, a su vez, al estar unido por sus tendones a los huesos, al acortarse desplaza nuestro

esqueleto.

Aclarado el papel que la contracción muscular juega en el movimiento podemos

responder a la primera pregunta que se plantea cuando se va a hablar de una Cualidad

Física.

Concepto básico de fuerza.

¿Qué es la Fuerza? La fuerza es la capacidad que tienen nuestros músculos para

contraerse contra una resistencia.

Son muchas las ocasiones en las que a nuestros movimientos se opone una

resistencia: objetos, materiales pesados, otro movimiento en sentido contrario (por ejemplo,

un compañero), la gravedad, ... y a pesar de ello nosotros nos movemos. Ello es debido a la

fuerza de la contracción de nuestros músculos.

La idea de que fuerza es la capacidad para vencer una resistencia ha quedado clara,

y a partir de este momento todos podemos enumerar un montón de ejemplos de actividades,

ejercicios, trabajos ... en los que se utiliza la fuerza: lanzar un objeto lo más lejos posible

venciendo la resistencia que supone el peso del objeto y la gravedad, empujar un coche,

saltar, etc.

Nosotros vamos a mencionar un ejemplo que va a permitirnos ampliar y mejorar

nuestro concepto de fuerza: transportar un objeto pesado, una maleta. Todos tenemos claro

que para llevar una maleta pesada hace falta fuerza, pero analicemos brevemente lo que

llevar una maleta significa:

* Cuando levantamos la maleta, nuestros músculos generan una fuerza (F) que

mueve la maleta porque es mayor que la resistencia (R) que opone el peso de la maleta y la

gravedad. Ello implica que una serie de grupos musculares están trabajando fuerza. Estamos

pues ante un trabajo de fuerza en el que la Fuerza es mayor que la Resistencia:

Fuerza en mecánica newtoniana

La fuerza se puede definir a partir de la derivada temporal del momento lineal:

Si la masa permanece constante, se puede escribir:

Fuerza estatica, y Dinamica, Fisicamente

estático / a = lo que no tiene movimiento;

cinemático/a = relativo al movimiento, sin interesarnos las fuerzas involucradas;

dinámico / a = tiene movimiento (o lo relativo a movimiento) bajo acción de fuerzas intervinientes, o enfocado en ellas.

NO son definiciones formales, es una explicación en MIS palabras, que ahora aplicamos puntualmente a "fuerza estática" y a "fuerza dinámica":

Fuerza estática: aquella cuyo efecto no es producir movimiento, pero está presente. Si

F = m a, y F/M = a, o sea una aceleración ¿cómo puede no producir movimiento? Es que la fuerza está equilibrada o compensada por alguna otra u otras!! Ejemplo: es el caso típico de vigas de edificaciones: soportan el peso de la estructura, los ladrillos, las personas, las cosas (heladeras, muebles, etc.). Las personas no estamos quietas pero en términos relativos, no aplicamos grandes variciones, per hagamos de cuenta que no estamos, sólo objetos inanimados, el peso de ellos, en este ejemplo, genera fuerzas ESTÁTICAS que la figam, por medio de sus apoyos, contrarresta en sus reacciones de vínculos.

Ahora entro yo, que no soy liviano (y los que leen mis respuestas lo saben, :) :) ) y empiezo a saltar sobre el piso que se apoya en una viga. La fuerza de mi impacto es DINÁMICA, porque se ejerce bruscamente, con una aceleración, y cambia en el tiempo, hay variación. Y esta se debe al movimiento, que es cambio de posición en el tiempo.

Ejemplos más frecuentes de "cargas" o fuerzas dinámicas: la que hace el amortiguador de un automóvil que agarra pozos, resiste frenadas (cuando el auto frena se incrementa la fuerza contra el piso en las ruedas delanteras); un eje rotando con un peso, una rueda, una polea, que al girar, la fuerza que ejercen en una dirección y sentido dados, en realidad como el eje gira, éste la debe resistir en distintos planos internos, por lo que para cada plano el efecto es dinámico, es decir va variando la intensidad según que plano interno del eje está resistiendo el esfuerzo.

Si este último te resulta complicado de ver ignoralo, pero centrate en la persona que salta, ejerce sobre el piso fuerzas dinámicas porque varían con el tiempo, además al saltar, si bien su peso es el mismo, el impacto es mayor por la aceleración de frenada al aterrizar. El granizo en los vidrios, si los hielitos estuvieran apoyados el vidrio resitiría, pero como vienen cayendo de la altura y pegan "dinámicamente" o se con una fuerza mayor que su peso, que es la aceleración de frenado por su masa, entonces la fuerza dinámica que ejercen es alta y rompen el vidrio.

Leyes de newton

Primera ley de Newton o Ley de la inercia

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.

En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

Ejemplo, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.

La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial. Lo anterior porque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración traslacional y rotacional estas son del orden de 0.01 m/s^2 y en consecuencia podemos considerar que un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.

Segunda

...