Definición de fuerza de contacto
Una fuerza puede definirse como un empuje o un tirón. Un empujón o tirón sólo puede producirse cuando dos o más objetos interactúan entre sí. Esta interacción puede tener lugar mientras los objetos implicados se tocan, pero también puede tener lugar mientras los objetos no se tocan. Aquí es donde distinguimos una fuerza como fuerza de contacto o sin contacto.
Una fuerza de contacto es una fuerza entre dos objetos que sólo puede existir si dichos objetos entran en contacto directo entre sí.
Las fuerzas de contacto son responsables de la mayoría de las interacciones que vemos en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, empujar un coche, dar patadas a una pelota o sujetar un puro. Siempre que se produce una interacción física entre dos objetos, se ejercen fuerzas iguales y opuestas entre sí sobre cada uno de los objetos. Esto se explica por la tercera ley de Newton, que afirma que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Esto se ve claramente en las fuerzas de contacto. Por ejemplo, si empujamos contra una pared, la pared nos devuelve el empujón, y si damos un puñetazo a una pared, ¡nos dolerá la mano porque la pared ejerce sobre nosotros una fuerza igual a la que nosotros ejercemos sobre la pared! Veamos ahora el tipo más común de fuerza de contacto, visible en todas partes de la Tierra.
Fuerza normal: una fuerza de contacto
La fuerza normal está presente en todas partes a nuestro alrededor, desde un libro sobre una mesa hasta una locomotora de vapor sobre raíles. Para ver por qué existe esta fuerza, recuerda que la tercera ley del movimiento de Newton establece que toda acción tiene una reacción igual y opuesta.
Lafuerza normal es la fuerza de contacto de reacción que actúa sobre un cuerpo colocado sobre una superficie cualquiera, debido a la fuerza de acción que es el peso del cuerpo.
La fuerza normal sobre un objeto siempre será normal a la superficie sobre la que está colocado, de ahí su nombre. En las superficies horizontales, la fuerza normal es igual al peso del cuerpo en magnitud, pero actúa en sentido contrario, es decir, hacia arriba. Se representa con el símbolo(no confundir con el símbolo verticalpara el newton) y dada por la siguiente ecuación:
.
Si medimos la fuerza normal en , la masaeny la aceleración gravitatoriaenentonces la ecuación de la fuerza normal sobre una superficie horizontal en forma simbólica es
o en palabras
.
La fuerza normal sobre el suelo para una superficie plana. Sin embargo, esta ecuación sólo es válida para las superficies horizontales, cuando la superficie está inclinada la normal se divide en dos componentes, StudySmarter Originals.
Otros tipos de fuerzas de contacto
Por supuesto, la fuerza normal no es el único tipo de fuerza de contacto que existe. Veamos a continuación otros tipos de fuerzas de contacto.
Fuerza de rozamiento
La fuerza de rozamiento (o fricción) es la fuerza opuesta entre dos superficies que intentan moverse en direcciones opuestas.
Sin embargo, no veas la fricción sólo de forma negativa, ¡porque la mayoría de nuestras acciones cotidianas sólo son posibles gracias a la fricción! Más adelante daremos algunos ejemplos de ello.
A diferencia de la fuerza normal, la fuerza de rozamiento es siempre paralela a la superficie y en dirección opuesta al movimiento. La fuerza de rozamiento aumenta a medida que aumenta la fuerza normal entre los objetos. También depende del material de las superficies.
Estas dependencias de la fricción son muy naturales: si empujas dos objetos con mucha fuerza, la fricción entre ellos será elevada. Además, materiales como el caucho tienen mucha más fricción que materiales como el papel.
El coeficiente de rozamiento es la relación entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal. Un coeficiente de rozamiento de uno indica que la fuerza normal y la fuerza de rozamiento son iguales entre sí (pero apuntan en direcciones distintas). Para que un objeto se mueva, la fuerza motriz debe vencer a la fuerza de rozamiento que actúa sobre él.
Resistencia del aire
La resistencia del aire o resistencia aerodinámica no es más que la fricción que experimenta un objeto al desplazarse por el aire. Se trata de una fuerza de contacto porque se produce debido a la interacción de un objeto con las moléculas de aire, donde éstas entran en contacto directo con el objeto. La resistencia del aire sobre un objeto aumenta a medida que aumenta la velocidad del objeto, porque a mayor velocidad se encontrará con más moléculas de aire. La resistencia del aire en un objeto también depende de su forma: por eso los aviones y los paracaídas tienen formas tan diferentes.
La razón por la que no hay resistencia del aire en el espacio es la ausencia de moléculas de aire.
Cuando un objeto cae, su velocidad aumenta. Esto provoca un aumento de la resistencia del aire que experimenta. A partir de cierto punto, la resistencia del aire sobre el objeto llega a ser igual a su peso. En este punto, no hay fuerza resultante sobre el objeto, por lo que ahora cae a una velocidad constante, llamada velocidad terminal. Cada objeto tiene su propia velocidad terminal, que depende de su peso y de su forma.
Si dejas caer una bola de algodón y una bola de metal del mismo tamaño (y forma) desde una altura, la bola de algodón tarda más en llegar al suelo. Esto se debe a que su velocidad terminal es mucho menor que la de la bola metálica debido al menor peso de la bola de algodón. Por tanto, la bola de algodón tendrá una velocidad de caída más lenta, lo que hace que llegue más tarde al suelo. Sin embargo, en el vacío, ¡ambas bolas tocarán el suelo al mismo tiempo debido a la ausencia de resistencia del aire!
Tensión
La tensión es la fuerza que actúa dentro de un objeto cuando se tira de él desde sus dos extremos.
La tensión es la fuerza de reacción a las fuerzas de tracción externas en el contexto de la tercera ley de Newton. Esta fuerza de tensión es siempre paralela a las fuerzas de tracción externas.
La tensión actúa dentro de la cuerda y se opone al peso que soporta, StudySmarter Originals.
Observa la imagen anterior. La tensión de la cuerda en el punto donde está sujeto el bloque actúa en dirección opuesta al peso del bloque. El peso del bloque tira de la cuerda hacia abajo, y la tensión dentro de la cuerda actúa en dirección opuesta a este peso.
La tensión resiste la deformación de un objeto (por ejemplo, un alambre, una cuerda o un cable) que provocarían las fuerzas externas que actúan sobre él si no existiera la tensión. Así, la resistencia de un cable puede venir dada por la tensión máxima que puede proporcionar, que es igual a la fuerza de tracción externa máxima que puede soportar sin romperse.
Ya hemos visto algunos tipos de fuerzas de contacto, pero ¿cómo diferenciamos las fuerzas de contacto de las fuerzas sin contacto?
Diferencia entre fuerza de contacto y sin contacto
Las fuerzas sin contacto son fuerzas entre dos objetos que no requieren el contacto directo entre los objetos para existir. Las fuerzas sin contacto son de naturaleza mucho más compleja y pueden estar presentes entre dos objetos separados por grandes distancias. En la tabla siguiente hemos esbozado las principales diferencias entre la fuerza de contacto y la fuerza sin contacto.
| Fuerza de contacto | Fuerza sin contacto |
| El contacto es necesario para que exista la fuerza. | Las fuerzas pueden existir sin contacto físico. |
| No es necesario ningún organismo externo: sólo se requiere contacto físico directo para las fuerzas de contacto. | Tiene que haber un campo externo (como un campo magnético, eléctrico o gravitatorio) para que actúe la fuerza |
| Los tipos de fuerzas de contacto incluyen la fricción, la resistencia del aire, la tensión y la fuerza normal. | Los tipos de fuerzas sin contacto son la gravedad, las fuerzas magnéticas y las fuerzas eléctricas. |
Ahora que puedes distinguir claramente entre estos dos tipos de fuerzas, veamos algunos ejemplos que incluyen fuerzas de contacto.
Ejemplos de fuerzas de contacto
Veamos algunas situaciones de ejemplo en las que entran en juego las fuerzas de las que hemos hablado en los apartados anteriores.
En el ejemplo anterior, cuando la bolsa es transportada inicialmente, la fuerzase utiliza para contrarrestar el peso de la bolsapara transportarla. Una vez colocada la bolsa de comida para perros encima de la mesa, ésta ejercerá su pesosobre la superficie de la mesa. Como reacción (en el sentido de la tercera ley de Newton), la mesa ejerce una fuerza normal igual y opuestasobre la comida para perro. Tantoyson fuerzas de contacto.
Veamos ahora cómo la fricción desempeña un papel importante en nuestra vida cotidiana.
Incluso cuando caminamos, la fuerza de rozamiento nos ayuda constantemente a impulsarnos hacia delante. La fuerza de rozamiento entre el suelo y las plantas de nuestros pies nos ayuda a agarrarnos mientras caminamos. Si no fuera por la fricción, desplazarse sería una tarea muy difícil.
Fuerza de fricción al caminar sobre distintas superficies, StudySmarter Originals.
El pie empuja a lo largo de la superficie, por lo que aquí la fuerza de rozamiento será paralela a la superficie del suelo. El peso actúa hacia abajo y la fuerza de reacción normal actúa en sentido opuesto al peso. En la segunda situación, es difícil caminar sobre hielo debido a la pequeña cantidad de fricción que actúa entre las plantas de los pies y el suelo. Esta cantidad de rozamiento no puede impulsarnos hacia delante, ¡por eso no podemos empezar a correr fácilmente sobre superficies heladas!
Por último, veamos un fenómeno que vemos habitualmente en las películas.
Un meteoro empieza a arder debido a la gran magnitud de la resistencia del aire al caer hacia la superficie de la Tierra, State Farm CC-BY-2.0.
Un meteorito que cae a través de la atmósfera terrestre experimenta una gran magnitud de resistencia del aire. Al caer a miles de kilómetros por hora, el calor de esta fricción quema el asteroide. Esto da lugar a escenas cinematográficas espectaculares, ¡pero también es la razón por la que podemos ver estrellas fugaces!
Esto nos lleva al final del artículo. Repasemos ahora lo que hemos aprendido hasta ahora.
Fuerzas de contacto - Puntos clave
- Las fuerzas de contacto (sólo) actúan cuando dos o más objetos entran en contacto entre sí.
- Algunos ejemplos comunes de fuerzas de contacto son la fricción, la resistencia del aire, la tensión y la fuerza normal.
- La fuerza normal es la fuerza de reacción que actúa sobre un cuerpo que se coloca sobre cualquier superficie debido al peso del cuerpo.
- Siempre actúa normal a la superficie.
- La fuerza de rozamiento es la fuerza opuesta que se forma entre dos superficies que intentan moverse en la misma dirección o en direcciones opuestas.
- Actúa siempre paralela a la superficie.
- Laresistencia del aire o fuerza de arrastre es la fricción que experimenta un objeto al desplazarse por el aire.
- La tensión es la fuerza que actúa dentro de un objeto cuando se tira de él desde uno o ambos extremos.
- Las fuerzas que pueden transmitirse sin contacto físico se denominan fuerzas sin contacto. Estas fuerzas necesitan un campo externo para actuar.
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