FÍSICA: Las fuerzas y el equilibrio: Las fuerzas y las deformaciones - 1ª parte
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Física

LAS FUERZAS Y EL EQUILIBRIO

Las fuerzas y las deformaciones - 1ª parte


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Introducción

a noción de fuerza se relaciona directamente con la idea intuitiva de esfuerzo muscular. Pero las acciones que a nivel microscópico es capaz de desarrollar el tejido muscular tienen su origen en una clase especial de fuerzas en la naturaleza, las fuerzas eléctricas.

Otros tipos de fuerzas dan lugar a fenómenos conocidos: la atracción de un imán sobre un trozo de hierro, el movimiento de los planetas en torno al Sol, o la unión de las partículas constitutivas del núcleo atómico, son fenómenos originados por fuerzas de diferente naturaleza. Sin embargo, hay algo en común a todas ellas y es que son capaces de producir dos tipos de efectos al actuar sobre los cuerpos: aceleraciones y deformaciones.

Concepto estático de fuerza

Junto al concepto dinámico de fuerza como causa o agente capaz de producir aceleraciones, el llamado concepto estático completa la noción física de fuerza. Según este punto de vista, las fuerzas son agentes capaces de producir deformaciones. En realidad las fuerzas al actuar sobre los cuerpos pueden dar lugar tanto a aceleraciones como a deformaciones. En un coche que colisiona con otro o en una pelota de tenis que es golpeada por la raqueta se hallan presentes ambos tipos de efectos. Sin embargo, el considerarlos separadamente facilita su estudio.

Así, cuando se desea analizar únicamente los efectos dinámicos o de movimiento, se supone que el cuerpo en cuestión es rígido o indeformable. El estudio del sólido rígido ignora, por tanto, los efectos estáticos o de deformación de las fuerzas. Si se pretende estudiar únicamente estos últimos, se admite que el cuerpo sea deformable y además que esté en equilibrio.


Los materiales utilizados en las grandes construcciones son resistentes, pero con capacidad de deformación. Los rascacielos, como las torres gemelas de la foto, tristemente recordadas por su caída en una acción terrorista en el año 2002, se aguantaban gracias a la resistencia y flexibilidad de los materiales con que estaban construidos. Sólo una fuerza externa de gran magnitud, como fue el impacto directo de sendos aviones contra sus estructuras, creo un debilitamiento acelerado de los materiales que culminó con el derrumbamiento de ambas torres en poco más de una hora.

Deformación y medida de fuerzas

Los efectos estáticos de las fuerzas pueden medirse de una forma más sencilla que los dinámicos; la medida de deformaciones es más cómoda que la de aceleraciones. Si se dispone de una expresión que relacione las fuerzas como causas con las deformaciones como efectos, será posible entonces medir aquéllas a través de éstas. Una tal relación fue establecida por primera vez por Robert Hooke, un físico inglés contemporáneo de Newton, y se conoce como ley de Hooke. Su enunciado es el siguiente: «Las deformaciones son directamente proporcionales a las fuerzas deformadoras».

En el caso de un muelle de longitud xo, la deformación puede expresarse como ∆x = x - xo, donde x es la longitud resultante por efecto de la fuerza deformadora. La ley de Hooke, expresada en forma de ecuación, resulta entonces:

F = k . ∆x
(3.1
)

siendo k una constante de proporcionalidad característica del muelle, llamada constante elástica. De acuerdo con la ley de Hooke,

k = F / ∆x

y representa, por tanto, físicamente, la magnitud de la fuerza deformadora que es preciso aplicar al muelle para producir en él un alargamiento de una unidad de longitud. Cuanto más duro sea el muelle, mayor será el valor de su k. Los muelles blandos son, sin embargo, muelles de baja constante elástica.

Si la constante elástica k de un muelle es conocida, midiendo deformaciones será posible determinar fuerzas mediante la aplicación de la ley de Hooke. Este procedimiento indirecto de medida de fuerzas a través de sus efectos constituye el fundamento del dinamómetro en el que una escala de longitudes (deformaciones) ha sido graduada en términos de intensidad de fuerzas.

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