Las fuerzas: peso, normal, roce y elástica

Ideas clave

• Una fuerza es un empujón o un tirón de un objeto sobre otro. Puede poner algo en movimiento, frenarlo, cambiarle la dirección o deformarlo. Se mide en newton, que se abrevia N. Para hacerse una idea: una manzana chica, de unos 100 gramos, pesa alrededor de 1 N, y un paquete de un kilo de arroz pesa unos 10 N. Toda fuerza tiene una dirección (por ejemplo, vertical) y un sentido (hacia arriba o hacia abajo). Por eso, para saber qué pasa con un objeto, no basta con sumar los números: hay que mirar hacia dónde apunta cada fuerza.
• El peso es la fuerza con que la Tierra atrae a un objeto hacia su centro, por la gravedad. No es lo mismo que la masa. La masa es la cantidad de materia que tiene el objeto y se mide en kilogramos (kg): es la misma en la Tierra, en la Luna o en el espacio. El peso es una fuerza, se mide en newton y depende de dónde esté el objeto. En la Tierra, cada kilogramo de masa pesa cerca de 10 N (el valor más exacto es 9,8 N, pero en el colegio se redondea a 10). En la Luna la gravedad es unas seis veces menor, así que el mismo objeto pesa seis veces menos, aunque su masa no cambie.
• Si el peso tira de un libro hacia abajo, ¿por qué no atraviesa la mesa? Porque la mesa lo empuja hacia arriba con una fuerza del mismo tamaño. Esa fuerza se llama normal: es la fuerza que hace cualquier superficie sobre el objeto que se apoya en ella, y apunta en forma perpendicular a la superficie (perpendicular: forma un ángulo recto, como una pared con el piso). Cuando un objeto descansa sobre una superficie horizontal, la normal es igual al peso, siempre que nada más lo empuje hacia abajo ni lo tire hacia arriba, y las dos fuerzas se equilibran: por eso el libro se queda quieto.
• El roce (o fricción) es la fuerza que aparece cuando un objeto se mueve o intenta moverse en contacto con otra cosa (otra superficie, o el aire) y siempre se opone a ese movimiento. Hay tres tipos. El roce estático actúa cuando el objeto aún no se mueve: si empujas un mueble y no se mueve, el roce estático iguala tu fuerza. El roce cinético actúa cuando el objeto ya está deslizando. El roce con el aire frena a todo lo que se mueve en el aire: un paracaídas lo aprovecha y un ciclista se agacha para reducirlo. Partir cuesta más que seguir, porque el roce estático máximo es mayor que el cinético.
• ¿De qué depende el roce? De qué tan rugosas o lisas son las superficies (una goma sobre madera roza mucho; un patín sobre hielo, muy poco) y de qué tan fuerte se aprietan entre sí: una caja más pesada roza más contra el piso. El tamaño de la superficie de contacto casi no importa: un ladrillo apoyado de plano o de canto roza prácticamente igual. El roce con el aire, en cambio, crece con la rapidez y depende de la forma del objeto: por eso los autos de carrera y las aves tienen formas afiladas. El roce no siempre es un problema: sin él no podríamos caminar, frenar ni sostener un lápiz.
• La fuerza elástica es la que hace un resorte o un elástico cuando lo estiras o lo comprimes: intenta volver a su forma original. Robert Hooke, un físico inglés, descubrió hace más de 300 años que la fuerza del resorte es proporcional al estiramiento: si lo estiras el doble, hace el doble de fuerza. Es la ley de Hooke: fuerza = constante x estiramiento. La constante (se escribe k) dice qué tan duro es el resorte: con k grande hace falta mucha fuerza para estirarlo un poco. La ley vale hasta cierto punto: si lo estiras demasiado, se deforma y ya no vuelve.
• Casi siempre actúan varias fuerzas a la vez. Para saber qué pasa se calcula la fuerza neta: las fuerzas que apuntan en el mismo sentido se suman, y las que apuntan en sentidos contrarios se restan. Si la fuerza neta es cero, las fuerzas están equilibradas: el objeto sigue quieto si estaba quieto, o sigue a velocidad constante si ya se movía. Error típico: fuerza neta cero no significa que el objeto esté parado. Un auto que va a velocidad constante por una carretera tiene fuerza neta cero, porque la fuerza que lo empuja hacia adelante y el roce con el aire que lo frena se cancelan.
• Puedes investigarlo en casa sin riesgo. Para la fuerza elástica, cuelga un elástico de pelo o un resorte de lápiz de un gancho, mide su largo con una regla y ve cuánto se estira al colgarle una, dos y tres bolsitas con la misma cantidad de monedas: si el estiramiento crece parejo (cada bolsita agrega más o menos lo mismo), se cumple la ley de Hooke. Usa pesos pequeños, porque los elásticos muy estirados dejan de cumplirla. Para el roce, empuja un borrador sobre la mesa y después sobre una toalla: siente cuánto más cuesta. Anota antes qué crees que pasará y compáralo con lo que observes.

Reglas y fórmulas

Ejemplos resueltos