LO NATURAL DE LA FÍSICA: FUERZAS MECÁNICAS ESPECIALES

Las fuerzas mecánicas especiales, son fuerzas que por la forma en que actúan sobre otros cuerpos, presentan características diversas y se hace necesario diferenciarlas por su efecto, diagrama y sentido. Entre estas fuerzas encontramos las siguientes:

PESO DE UN CUERPO

El peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce la tierra sobre los objetos, seres de la naturaleza que se encuentran en su superficie debido a la atracción gravitacional. Se representa con la letra griega (ω) y se calcula con la expresión ω = mg.

FUERZA DE NORMAL
Es la fuerza ejercida por una superficie sobre los cuerpos que se encuentra apoyados en ella. Se representa con la letra griega (N).

FUERZA DE TENSIÓN

Es la fuerza que ejerce una cuerda, considerada de masa despreciable e inextensible, sobre un cuerpo que está ligado a ella. Se representa con la letra (T).

FUERZA DE FRICCIÓN O ROZAMIENTO
Es la fuerza que ejerce la superficie de contacto, en sentido contrario al movimiento, sobre los cuerpos que se muevan sobre ella. Se representa con la letra (f_r). y se calcula con la expresión f_r =μN, donde μ es el coeficiente de rozamiento y N la nomal. Este fenómeno se deba a que las superficies de contacto no son perfectamente lisas, sino que presentan rugosidades que encajan aleatoriamente entre sí, produciendo esta fuerza que se opone al movimiento
Aunque el rozamiento disminuye notablemente el rendimiento de ciertos mecanismos como el de los pistones de un motor, en algunas ocasiones es útil pues si no existiera la fricción varios sistemas no funcionarían, como por ejemplo, los frenos de los vehículos.
- Fuerza de rozamiento estático: Si al intentar mover un vehículo, empujándolo, este permanece inmóvil, se puede afirmar que la aceleración del vehículo es igual a cero, debido a que la suma de las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero. La fuerza F, que se ejerce sobre él se equilibra con la fuerza de rozamiento, f_r,puesto que el objeto permanece inmóvil. A este tipo de rozamiento se le denomina fuerza de rozamiento estático f_re.(f_{re =}μ_eN)
_-Fuerza de rozamiento cinético: Cuando una fuerza aplicada sobre un cuerpo u objeto supera en intensidad a la fuerza de rozamiento estático, el objeto se mueve. Cuando el objeto se encuentra en movimiento, la fuerza de rozamiento es menor que la la fuerza de rozamiento estático máximo. A la fuerza de rozamiento cuando los cuerpos se encuentran en movimiento se le denomina fuerza de rozamiento cinético f_rc.(f_{rc =}μ_cN).

FUERZAS ELÁSTICAS RECUPERADORAS
Cuando se estira un resorte o cualquier otro material elástico, este opone resistencia a su deformación. El resorte reacciona con una fuerza dirigida en sentido contrario a la deformación, cuyo valor depende del alargamiento.
Robert Hooke, científico y gran experimentador, el padre de esta Ley: “La fuerza que ejerce un resorte es directamente proporcional a la deformación que sufre y dirigida en sentido contrario a esta deformación”. Se calcula con la expresión F_R = −kx, donde k es la constante de elasticidad del resorte y x es la deformación o alargamiento del resorte.

FUERZA CENTRÍPETA Y CENTRÍFUGA
Cuando una partícula describe un movimiento circular uniforme, posee una aceleración dirigida hacia el centro de la trayectoria de magnitud , esta aceleración centrípeta está relacionada con el cambio de la dirección de la velocidad tangencial o lineal de la partícula. De acuerdo a la segunda ley de Newton ; o .Por tanto la fuerza centrípeta es la fuerza resultante que provoca la aceleración centrípeta y a la fuerza de reacción a ésta se le llama fuerza centrífuga.

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

EL PLANO INCLINADO

El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con la horizontal, es decir, es una superficie inclinada como las rampas y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Los planos inclinados nos permiten levantar verticalmente cuerpos pesados haciendo una fuerza menor aun cuando tengamos que recorrer una distancia mayor y vencer la fuerza de rozamiento.

Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por primera vez por el matemático Simon Stevin en la segunda mitad del siglo XVI.

Las fuerzas que intervienen en un plano inclinado de acuerdo a las condiciones que se presenten son:

- PESO, el cual siempre va tener una componente en el eje X y una en el eje Y, que calculan aplicando las funciones trigonométricas cosθ y senθ.

- NORMAL

- FUERZA APLICADA (F₁)

- FUERZA DE ROZAMIENTO, debe tener un valor igual a F₁=M.g.senα para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. En el caso en que F₁ fuese mayor que la fuerza de rozamiento el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado. Por tanto para subir el cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F₁ + F_R.

OBSERVA EL SIGUIENTE VIDEO PARA QUE AMPLÍES Y CONOZCAS MUCHAS APLICACIONES DEL PLANO INCLINADO: