Interacciones Fundamentales
Se conocen 4 tipos de interacciones fundamentales, que existen en cualquier lugar del universo. Una interacción es una acción mutua entre dos cuerpos. Una forma de describir una interacción es mediante el concepto de fuerza.
1. Fuerzas Gravitatorias
Existen estas fuerzas entre dos cuerpos cualesquiera, por el hecho de que los cuerpos tienen masa. Son siempre fuerzas atractivas y de largo alcance, pero generalmente son débiles.
2. Fuerzas Electromagnéticas
Se observan entre cuerpos que tienen carga eléctrica; unas son atractivas y otras repulsivas. También son de largo alcance y generalmente intensas.
3. Fuerzas Nucleares Fuertes
Son aquellas que mantienen unidos a protones y neutrones en el núcleo. Son de corto alcance y son fuerzas intensas.
4. Fuerzas Nucleares Débiles
Provocan la desintegración de los núcleos atómicos donde se emiten partículas como electrones. Son de corto alcance y son menos intensas que las nucleares fuertes.
Fuerzas Gravitatorias
Isaac Newton descubrió la relación de la fuerza gravitatoria entre dos masas, dándola en función del valor de las masas y la distancia que las separa. Dicha relación es que la fuerza es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad es G = 6,67 * 10^-11. Las fuerzas gravitatorias actúan siempre por parejas, porque la fuerza gravitatoria que una masa ejerce sobre otra es igual en módulo y dirección, aunque de sentido contrario a la que ejerce la segunda masa sobre la primera.
Ley de Gravitación
Se cumple exactamente si los cuerpos son partículas. También se cumple si los cuerpos son esferas homogéneas, en cuyo caso se considera que cada cuerpo es como una partícula de masa igual a la de dicho cuerpo situada en el centro.
Líneas de Fuerza del Campo Gravitatorio
Líneas tales que el campo gravitatorio es tangente en todos sus puntos y su sentido es igual que el del campo gravitatorio. La densidad de líneas de fuerza indica lo grande o pequeño que es el campo gravitatorio. Hay mucha densidad si las líneas de fuerza están muy juntas.
Campo Gravitatorio
Perturbación que una masa produce en el espacio. Para describirlo utilizamos una magnitud llamada intensidad del campo gravitatorio. También podemos decir que es una zona del espacio en la que, al colocar una masa en cualquiera de sus puntos, aparece una fuerza gravitatoria sobre dicha masa. Esa magnitud es igual a la fuerza que actuaría sobre la unidad de masa colocada en dicho punto. También podemos definirla como: La intensidad del campo gravitatorio en un punto es igual a la fuerza que actuaría sobre una masa colocada en dicho punto, dividido entre el valor de la masa. Es un campo central, porque su dirección pasa siempre por un mismo punto. Si hay varias partículas que crean un campo gravitatorio, la intensidad de este es la suma vectorial o resultante de los campos originados por todas las partículas.
Peso
El peso de un cuerpo en la Tierra es la fuerza con que esta atrae a dicho cuerpo. De forma similar, podemos hablar del peso de un cuerpo en otro planeta.
Fuerzas Eléctricas
La carga eléctrica es una de las propiedades fundamentales de la materia, ya que siempre contiene cargas eléctricas que concretamente están en los protones y electrones. Hay cargas de 2 tipos: unas positivas (+) y otras negativas (-). Si tenemos cargas del mismo signo, se repelen; si son de signo contrario, se atraen. Normalmente no se aprecia la existencia de carga eléctrica en la materia porque suele haber la misma cantidad de cargas + y -, y sus efectos se contrarrestan. Si ocurre que el cuerpo tiene más carga + que – o viceversa, decimos que el cuerpo se ha cargado o electrizado. Lo que ocurre siempre es que un cuerpo cargado ha perdido o ha ganado electrones, quedando con carga positiva o negativa, respectivamente. La electrización de un cuerpo se puede conseguir por frotamiento o influencia.
Electrización por Frotamiento
Consiste en frotar un cuerpo con otro, con lo que pasan electrones de uno a otro; entonces, el cuerpo que pierde electrones queda cargado positivamente (+), y el que los gana, negativamente (-).
Electrización por Influencia
Consiste en hacer que un cuerpo que es conductor adquiera carga eléctrica.
Ley de Coulomb
Encontró la relación de la fuerza electrostática entre dos cargas en función del valor de dichas cargas y de la distancia entre ellas. La fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas. Esta ley se cumple exactamente si las cargas son puntuales o bien si son esféricas, en cuyo caso se deben sustituir por una carga puntual situada en su centro. La carga de un culombio es muy grande, por lo que se suelen utilizar submúltiplos de este. La constante K depende del medio en el que están las cargas; si están en el vacío, toman su mayor valor. En otros medios, el valor de K es más pequeño.
Campo Eléctrico
Es la perturbación producida en el espacio que produce un cuerpo con carga eléctrica. Podemos decir también que es una zona del espacio donde aparecen fuerzas eléctricas si colocamos una carga en cualquiera de sus puntos. Se mide mediante la magnitud intensidad del campo eléctrico. La intensidad del campo eléctrico en un punto es igual a la fuerza que actuaría sobre una carga colocada en ese punto, dividido entre la carga.
Líneas de Fuerza del Campo Eléctrico
Son líneas tales que la intensidad del campo eléctrico es tangente a dichas líneas en cada uno de sus puntos y además tienen el mismo sentido que el vector intensidad del campo eléctrico. La densidad de líneas de fuerza del campo eléctrico es directamente proporcional a la intensidad de este, de tal manera que cuanto mayor es la densidad de líneas de fuerza, mayor es la intensidad del campo eléctrico.
Fuerzas Magnéticas
Son aquellas que hay entre imanes y ciertos metales (como el hierro). Las corrientes eléctricas también pueden ejercer fuerzas magnéticas de forma similar a los imanes.
Campo Magnético
Es una zona del espacio donde aparece una fuerza magnética sobre objetos de hierro o sobre imanes o también sobre cargas eléctricas en movimiento; es también la perturbación en el espacio producida por los imanes o las corrientes eléctricas. Se mide mediante el vector inducción magnética.
Características del Campo Magnético:
- Módulo: Es igual a la fuerza máxima que puede actuar sobre una carga en movimiento dividido entre el valor de la carga y la velocidad de esta.
- Dirección: Vienen dadas por la regla de la mano izquierda.
- Sentido: Determinado por la regla de la mano izquierda.
Fmáx = q x B x v
Líneas de Inducción Magnética
Son las líneas que se emplean para representar un campo magnético. Son líneas tales que el vector inducción magnética es tangente a dichas líneas en todos sus puntos y tienen el mismo sentido que este. Ocurre también que la densidad de líneas de inducción magnética es directamente proporcional a la inducción magnética, es decir, cuanto mayor es la densidad, mayor es el campo magnético.
Dinámica
Es la parte de la física que estudia la relación entre el movimiento y las causas que lo originan, que son las fuerzas.
1ª Ley de Newton
Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas o bien actúan fuerzas pero su resultante es nula, el cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.
2ª Ley de Newton
Si a un cuerpo se le aplican fuerzas, dicho cuerpo adquiere aceleraciones tales que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración producida. La constante de proporcionalidad es la llamada masa del cuerpo. En el caso de que se le apliquen varias fuerzas al cuerpo, se cumple que la resultante es igual a la masa del cuerpo por la aceleración producida.
3ª Ley de Newton
Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero, siendo iguales en módulo y dirección ambas fuerzas, pero de sentido contrario. La fuerza que ejerce el primero se llama acción y la que ejerce el segundo, reacción.
Conservación de la Cantidad de Movimiento
Si es nula la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, la cantidad de movimiento de dicho cuerpo se mantiene constante. Como la resultante de las fuerzas interiores en un sistema material es cero, la resultante de todas las fuerzas es igual a la resultante de las fuerzas exteriores.
Fuerza de Rozamiento
Es una fuerza que aparece siempre que hay dos cuerpos en contacto y desliza uno sobre otro. Esa fuerza se opone al movimiento relativo de los cuerpos.
Factores de los que Depende la Fuerza de Rozamiento:
Depende de la naturaleza de las superficies de contacto y de la fuerza que ejercen entre sí dichos cuerpos.
Factores de los que NO Depende la Fuerza de Rozamiento:
No depende de la mayor o menor superficie de contacto ni de la velocidad relativa de los cuerpos.
Es directamente proporcional a la fuerza que ejercen entre sí los cuerpos en contacto. Esta última fuerza siempre es perpendicular a las superficies de contacto, por lo que se la llama fuerza normal.
Cuerpos Colgados de una Polea
Las tensiones que actúan sobre dos cuerpos son iguales si suponemos despreciable la masa de la polea frente a las masas de los cuerpos.
Cuerpos con Movimiento Circular
En todo movimiento circular, hay una aceleración normal. La fuerza correspondiente a dicha aceleración se llama fuerza centrípeta.