Tipos de Fuerza en Física (con fórmulas)

Rafael C. Asth
Revisado por Rafael C. Asth
Profesor de Matemática y Física

En física, hay varios tipos de fuerza que se pueden calcular utilizando diferentes fórmulas. A continuación, presentamos un listado con tipos de fuerza claves en física.

Fuerzas de contacto:

Fuerzas a distancia o de campo:

Fuerza según la segunda Ley de Newton

La segunda Ley de Newton plantea que si se aplica una fuerza sobre un cuerpo, este experimenta una aceleración. En otras palabras, para mover un objeto es necesario aplicar una cantidad determinada de fuerza. Además, la fuerza requerida dependerá también de la masa del cuerpo. Mientras más masa tenga el cuerpo, mayor será la fuerza necesaria para moverlo.

Según esta ley, la fórmula para calcular la fuerza es:

F igual a m sinal de multiplicação a

A continuación explicamos el significado de cada término de la fórmula, junto con las unidades en el Sistema Internacional

  • F: corresponde a la fuerza, expresada en Newtons, N. Esta unidad es equivalente a (kg x m) / s2.
  • m: es la masa del cuerpo en movimiento, expresada en kilogramos, kg.
  • a: es la aceleración del cuerpo, expresada en metros por segundo al cuadrado, m / s2.

Esta fórmula es clave para calcular cuánta fuerza precisamos aplicar en un objeto para jalar o empujarlo.

Fuerza de fricción

La fuerza de fricción es aquella que resiste al deslizado o rodadura de un objeto sólido sobre una superficie.

Si la fuerza de fricción de la superficie es mayor que la fuerza aplicada por el objeto, dicho objeto permanecerá en reposo. Esto se denomina fricción estática. Por el contrario, si el objeto vence a la fuerza de fricción y se mueve o rueda sobre la superficie, esto se denomina fricción cinética.

Tanto en la fricción estática como cinética, la fórmula que se aplica es la siguiente:

F espaço igual a itálico µ sinal de multiplicação N

Donde:

  • F: es la fuerza de fricción expresada en Newtons, N. Esta fuerza puede ser fricción estática o cinética.
  • µ: es el coeficiente de fricción de la superficie. El coeficiente cambia según si es fricción estática o cinética, y según las características del material de la superficie. No tiene unidades.
  • N: es la fuerza normal, expresada también en Newtons, N.

Fuerza normal

La fuerza normal es aquella que se opone al peso de un objeto que reposa sobre una superficie. Por ello, la fuerza normal está relacionada con la fuerza de la gravedad. La fuerza normal se puede calcular con la siguiente fórmula:

N igual a m sinal de multiplicação g

En el que:

  • N: es la fuerza normal expresada en Newtons, N.
  • m: es la masa del cuerpo que reposa sobre la superficie, expresada en kilogramos, kg.
  • g: es la aceleración del cuerpo debido a la fuerza gravitatoria terrestre, con un valor de 9,776 m / s2.

La fuerza normal también se aplica sobre un objeto que reposa en una superficie inclinada. En este caso, la fórmula es:

N igual a m sinal de multiplicação g sinal de multiplicação c o s começar estilo itálico ligadura parêntese esquerdo teta ligadura parêntese direito fim do estilo

En el que θ es el ángulo de la inclinación de la superficie respecto a la perpendicular del plano terrestre, sin unidades.

Fuerza centrípeta

La fuerza centrípeta es la fuerza que actúa sobre un objeto que se mueve alrededor de un eje de rotación. La fuerza se dirige siempre hacia el eje de rotación, siendo así una fuerza que mantiene el objeto circulando alrededor del eje. Debido a este movimiento, el objeto sufre un efecto de inercia en dirección opuesta (centrifugación).

Para ilustrar este tipo de fuerza, tomemos la Tierra y el sol como ejemplo. La fuerza de la gravedad es la fuerza centrípeta que mantiene la Tierra girando alrededor del sol. Por otro lado, debido a la inercia del movimiento, la Tierra tiende a alejarse del sol. En conjunto, la fuerza centrípeta y el efecto de inercia evitan que la Tierra se escape de órbita o colisione con el sol.

La fuerza centrípeta se calcula con la siguiente fórmula:

F igual a numerador m sinal de multiplicação v ao quadrado sobre denominador r fim da fração

En el que:

  • F: es la fuerza centrípeta aplicada en el objeto que gira alrededor del eje de rotación. Se expresa en Newtons, N.
  • m: es la masa del objeto en movimiento, expresada en kilogramos, kg.
  • v: es la velocidad del objeto en movimiento, expresada en metros por segundo, m / s.
  • r: es la distancia entre el objeto y el eje de rotación, expresada en metros, m.

Si uno sabe la velocidad angular, la fórmula se puede reescribir de la siguiente forma:

F igual a m sinal de multiplicação w ao quadrado sinal de multiplicação r

En el que w es la velocidad angular, expresada en 1 / s.

Fuerza elástica

La fuerza elástica es aquella que devuelve un cuerpo a su forma original después de ser deformado por una fuerza externa. Imaginemos que tomamos un muelle y lo extendemos con nuestras manos, deformándolo. Al soltarlo, la fuerza elástica del muelle permite que regrese a su forma original.

Según la Ley de Hooke, la fuerza elástica se puede calcular con la siguiente fórmula:

F igual a k sinal de multiplicação itálico incremento L

Donde:

  • F: es la fuerza elástica aplicada en el objeto, expresada en Newtons, N.
  • k: es la constante de proporcionalidad que depende de la forma y composición del objeto. Se expresa en Newtons por metro cuadrado, N / m2.
  • ΔL: es la cantidad de deformación producida por la fuerza externa, expresada en metros, m. El término ΔL es intercambiable por x.

Fuerza de tensión

La fuerza de tensión es una fuerza de tracción transmitida por una cuerda, hilo, cable o cadena sobre un objeto. Es una fuerza que se opone a otra, como la gravedad o a la de una persona tirando de una cuerda.

La fuerza de tensión no posee una fórmula predefinida. En su lugar, se ha de tomar la fuerza opuesta como referencia. Por ejemplo, si queremos calcular la fuerza de tensión de una cuerda que sostiene una esfera, la fuerza de tensión será la misma que la fuerza gravitatoria aplicada en el objeto. Es decir:

F com g r a v i t a t o r i a subscrito fim do subscrito igual a m sinal de multiplicação g igual a F com t e n s i ó n subscrito fim do subscrito

Fuerza gravitatoria

La fuerza gravitatoria o gravitacional es una fuerza a distancia y de atracción entre cuerpos que contienen masa. El módulo de esta fuerza aumenta o disminuye en proporción a la masa de los cuerpos, siempre y cuando estén dentro del campo gravitatorio. Sumado a esto, la fuerza gravitatoria es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos.

Esta fuerza se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

F igual a G sinal de multiplicação numerador m com 1 subscrito sinal de multiplicação m com 2 subscrito sobre denominador r ao quadrado fim da fração

En el que:

  • F: es la fuerza gravitatoria, expresada en Newtons, N.
  • G: es la constante gravitacional, con un valor aproximado de 6,674 x 10-11 m3 / (kg x s2).
  • m1 y m2: son las masas de los cuerpos que interactúan entre sí, expresadas en kilogramos, kg.
  • r: es la distancia entre los centros de masas de ambos cuerpos, expresada en metros, m.

Para calcular la fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre un cuerpo, podemos simplificar la fórmula de la siguiente manera:

F igual a m sinal de multiplicação g

En el que:

  • F: es la fuerza gravitatoria ejercida sobre el cuerpo, expresada en Newtons, N.
  • m: es la masa del cuerpo dentro del campo gravitatorio de la Tierra, expresada en kilogramos, kg.
  • g: es la aceleración del cuerpo en dirección al centro de la Tierra, con un valor aproximado de 9,807 m / s2.

Fuerza eléctrica

La fuerza eléctrica es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas. Estas cargas se atraerán o repelerán según el tipo de carga. Si ambas son cargas positivas o negativas, se repelerán; en cambio, si son cargas distintas, se atraerán. Por ejemplo, dos protones o electrones se repelerán, mientras que un protón y un electrón se atraerán.

La Ley de Coulomb define la fuerza eléctrica mediante la fórmula siguiente:

F igual a k sinal de multiplicação numerador q com 1 subscrito sinal de multiplicação q com 2 subscrito sobre denominador r ao quadrado fim da fração

En el que:

  • F: es la fuerza eléctrica, expresada en Newtons, N. Puede ser fuerza de atracción o de repulsión.
  • k: es la constante de coulomb o constante eléctrica de proporcionalidad. Tiene un valor aproximado de 8,987 x 109 (N x m2) / C2.
  • q1 y q2: es el valor de las cargas eléctricas, expresadas en coulombs, C.
  • r: es la distancia que separa las cargas eléctricas, expresada en metros, m.

Si tenemos en cuenta la fórmula, la fuerza eléctrica será mayor conforme más altas sean los valores de las cargas eléctricas y menor distancia haya entre ellas.

Fuerza electromagnética

La fuerza electromagnética tiene lugar cuando partículas cargadas eléctricamente se encuentran en movimiento. En concreto, es la fuerza que el campo eléctrico y magnético que una carga aplica sobre otra que esté en movimiento.

Según la ley de fuerza de Lorentz, la fuerza electromagnética se describe como:

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Esta ecuación contiene dos partes: una relacionada con el campo eléctrico, y la otra con el campo magnético.

Campo eléctrico

La fórmula que describe la fuerza aplicada por el campo eléctrico es:

F com arpão para a direita com ponta para cima sobrescrito igual a q sinal de multiplicação E com arpão para a direita com ponta para cima sobrescrito

En el que:

  • F: es la fuerza eléctrica aplicada por el campo eléctrico sobre una carga, expresada en Newtons, N.
  • q: es la carga que se mueve en el campo eléctrico, expresada en coulombs, C.
  • E: es el campo eléctrico, expresado en Newtons por coulombs, N / C.

Campo magnético

La fórmula que describe la fuerza aplicada por el campo magnético es:

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En el que:

  • F: es la fuerza magnética aplicada por el campo magnético sobre una carga, expresada en Newtons, N.
  • q: es la carga que se mueve en el campo magnético, expresada en coulombs, C.
  • v: es la velocidad de la carga, expresada en metros por segundo, m / s.
  • B: es el campo magnético, expresado en teslas, T. Esta unidad es equivalente a (N x s) / (C x m).
  • θ: es el ángulo entre la velocidad de la carga y el campo magnético. No tiene unidades.

Vea también:

Cómo citar: (03/05/2023). "Tipos de Fuerza en Física (con fórmulas)". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/tipos-de-fuerza-en-fisica/ Consultado:

Rafael C. Asth
Revisión científica por Rafael C. Asth
Profesor de Matemáticas, licenciado en Estadística y posgraduado en Enseñanza de Matemáticas y Física. Ha sido profesor desde 2006 y crea contenidos educativos en línea desde 2021.