La fuerza

En 1666, mientras descansaba en los alrededores de su casa en Lincolnshire, Inglaterra, **Isaac Newton** observó que una manzana se desprendía de un árbol cercano, y se preguntó por qué caía y adquiría una aceleración, que además era proporcional a la distancia que recorría su caída.

De allí, luego de muchos estudios, se derivó uno de sus mayores descubrimientos: la ***Ley de la Gravitación Universal***, cuyo enunciado es: “*Toda materia atrae a otras materias con una fuerza proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas*. Y de aquí se puede, a su vez, deducirse la definición de fuerza.

## La fuerza

Fuerza es todo aquello capaz de cambiar el estado de un cuerpo.
Por ejemplo, si empujamos un carrito de juguete que está en reposo, le estamos aplicando una fuerza y ésta se acelera y adquiere velocidad. Ahora, para detener el carrito también le aplicamos una fuerza.
Pero no solamente la fuerza puede acelerar y desacelerar un cuerpo, también puede deformarlo; si se aprieta una plastilina entre los dedos, se deforma. Por lo tanto, se puede definir fuerza como: ***La causa capaz de cambiar la velocidad de un cuerpo, es decir, acelerarlo o detenerlo, o deformándolo.***

La fuerza es una magnitud vectorial, entendiéndose por ésta, toda aquella que tiene los siguientes componentes:

* **Módulo o magnitud**: Es la cantidad de fuerza en número que se le está aplicando al objeto.
* **Punto de origen o de aplicación**: Es el punto donde se está aplicando la fuerza.
* **Sentido**: Es hacia donde se dirige la fuerza, si es a la izquierda o derecha, arriba o abajo.
* **Dirección**: Es el ángulo que existe entre el vector fuerza y la horizontal, es decir, si la fuerza se desplaza horizontal, vertical o transversalmente.

## Las leyes de Newton

En 1665, cuando Newton tenía 23 años, comenzó a desarrollar los principios de la mecánica, que terminaron siendo la base teórica de todo el desarrollo de la física dinámica (fuerza y movimiento) desde el siglo XVIII.

Newton propuso tres leyes relativas a la fuerza:

### Ley de la inercia

*Todo cuerpo tiende a permanecer en el estado en el cual se encontraba originalmente, en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme, siempre que no actúe sobre él una fuerza exterior que cambie su estado.*

Esta ley es fácil de experimentar, basta con correr muy fuerte durante un trecho y tratar de detenerse de repente; como es lógico, tendremos la tendencia a seguir moviéndonos a pesar de querer detenernos. Ese fenómeno de llama **inercia**.

### Ley de la fuerza o de la masa

*La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.*
De aquí la fórmula: **a = F sobre m**
Donde **a** es la aceleración, **F** la fuerza aplicada y **m** la masa del cuerpo. De esta fórmula se deduce que: **F = m x a**

Esta ley también se puede ejemplificar fácilmente, requiere menos fuerza lanzar un limón horizontalmente que un melón, y el primero se acelerará más que el segundo.

### Ley de acción y reacción

*Cualquier fuerza aplicada por un cuerpo origina otra de igual módulo y dirección, pero de sentido contrario.*

Esta ley se puede demostrar cuando una persona se recuesta de una pared, su masa corporal ejerce una fuerza contra la pared y ésta devuelve una igual, de forma que el individuo se mantiene estable.

## Trabajo

Se denomina **trabajo** a todo el que se origina de la aplicación de una fuerza sobre un cuerpo, que trae como consecuencia el desplazamiento del mismo.
Ésta es una magnitud escalar, es decir, sólo tiene módulo, careciendo de todas las demás características de los vectores. Su fórmula es: **T = F x d**
Donde **T** es trabajo, **F** fuerza aplicada y **d** distancia.

## Las máquinas simples

Muchas veces cuando queremos levantar algo sin hacer mucho esfuerzo, utilizamos una palanca o una polea; éstas son máquinas simples porque sirven para facilitar el trabajo realizado, ya que cambian la magnitud y la dirección de la fuerza aplicada.

### Elementos

Todas las máquinas simples se caracterizan por presentar los siguientes elementos:

* **Punto de apoyo (A)**: Es el punto sobre el cual se sustenta la máquina.
* **Resistencia** (R)**: Es la fuerza que hay que vencer con la máquina, es decir, la fuerza que el objeto que se quiere mover ejerce contra quien lo mueve.**
* **Potencia (P)**: Es la fuerza que hay que ejercer para vencer a la resistencia y moverla.
* **Brazo de la resistencia (r)**: Es la distancia que hay entre el punto de aplicación de la resistencia y el punto de apoyo.
* **Brazo de la potencia (p)**: Es la distancia que hay entre el punto de aplicación de la potencia y el punto de apoyo.

Se puede decir que mientras más corto es el brazo de la potencia, más fuerza hay que aplicar para mover el objeto, y que mientras más corto es el brazo de la resistencia, menos fuerza hay que utilizar para moverla.
Las máquinas simples son:

### La palanca

Consiste en una barra rígida sobre la cual se aplican la resistencia y la potencia en cada uno de sus extremos, que se afianza en un punto de apoyo sobre el cual se mueve.

Para calcular el punto de equilibrio de una palanca, partimos de la fórmula: **R x r = P x p**

Si el brazo de la potencia es más corto que el de la resistencia, entonces habrá que aplicar una fuerza mayor que si el brazo de la potencia fuera más larga que el de la resistencia. De acuerdo con el orden en el cual se encuentran los componentes de la palanca, se clasifican en:

* **Palanca de primer género**: Es la más conocida. En ella el punto de apoyo se halla entre la resistencia y la potencia, se podría resumir como: **P-A-R**.
* **Palanca de segundo género**: En ésta el punto de apoyo se halla en un extremo de la barra y la resistencia se encuentra ubicada entre ésta y la potencia. Se podría resumir como: **A-R-P**.
* **Palanca de tercer género**: En ésta el punto de apoyo se encuentra, igualmente, en uno de los extremos de la barra, pero ya no es la resistencia la que se encuentra seguidamente, sino la potencia. Se podría resumir como: **A-P-R**.

### La polea

Consiste en un disco acanalado atravesado por un eje fijo, y a través de dicha ranura pasa por una cuerda, en uno de cuyos extremos se encuentra la resistencia y en el otro se aplica la potencia.

Dependiendo de si el disco se desplaza o no, se clasifica en:

* **Polea fija**: Se denomina así cuando el disco no se desplaza, se halla fijo a un soporte. No disminuye la cantidad de fuerza que debe aplicarse para levantar la resistencia, pero sí facilita su aplicación.
* **Polea móvil**: Es aquella que tiene un extremo de la cuerda sujeta a una base, y por el otro extremo se aplica la potencia, quedando la resistencia móvil entre las dos. Tiene la ventaja de que reduce a la mitad la fuerza necesaria para vencer la resistencia, pero la longitud de la cuerda que debe jalarse es el doble que la distancia que se desea para hacer subir la carga.
* **Polipasto**: Es una combinación de poleas, dos, tres, cuatro o más. Al tratarse de una combinación de poleas, la potencia a aplicar queda dividida entre el número de poleas que posea el polipasto.

### El plano inclinado

Es todo plano que forma ángulo determinado con respecto a la horizontal.
El ahorro en fuerza que sucede en un plano inclinado se relaciona con el ángulo en el que se aplica la fuerza, pues mientras mayor es este ángulo, más fuerza hay que aplicar, en tanto que si el plano es menos inclinado la fuerza es menor. Sin embargo, es mucho más fácil levantar una caja muy pesada hacia la maleta de un carro usando un plano inclinado que haciéndolo a fuerza de forma vertical.
Los elementos del plano inclinado son: distancia, altura, ángulo de inclinación, carga o resistencia y fuerza.

### El cuña

Es un doble plano inclinado que tiene forma de triángulo de base cuadrangular, con el que se pueden dividir cuerpos en dos con un mínimo de resistencia.

Mientras menos inclinado es el plano, es decir, en la medida en que la cuña es más angosta, es más efectiva. La más común es el hacha, pero están también los clavos, picahielos, etc.

### El tornillo

Consta de dos partes: un macho, que es una pieza cilíndrica ranurada espiralmente, y la tuerca, una pieza de orificio central que encaja en el macho. Los tornillos son básicamente planos inclinados que se enroscan alrededor de un cono.