2.1.5 Forzas no noso contorno

Os corpos exércense forzas entre si continuamente. Cando dous corpos se fan forza un ao outro dicimos que interactúan. Imos estudar algunhas das forzas máis frecuentes e, xa que logo, máis importantes no noso contorno.

Peso

A Terra atrae a todos os corpos que hai arredor dela cunha forza que chamamos peso. Esta forza está dirixida sempre cara ao centro do planeta; nun lugar calquera da superficie terrestre o peso está dirixido xusto cara ao chan, cara a abaixo.

O peso é unha forza, e daquela mídese en newtons. Na fala cotiá as persoas confunden con moita frecuencia peso con masa: non son o mesmo. Na táboa ten algunhas diferenzas entre estas dúas magnitudes:	Masa	Peso
	Magnitude fundamental	Magnitude derivada
	Magnitude escalar	Magnitude vectorial
	Mídese en kg	Mídese en newtons
	Constante	Variable

O peso dun corpo calcúlase coa fórmula seguinte:

 

onde m é masa do corpo (expresada en kg), e g é a aceleración da gravidade, que, como xa sabe, na superficie do noso planeta vale 9,8 m/s²; na Lúa e noutros planetas ten un valor diferente. O mesmo corpo pode pesar diferente en sitios distintos; na Lúa non pesamos o mesmo que na Terra, aínda que teñamos os mesmos quilogramos.

Forza normal

Sempre que dous corpos están en contacto fanse presión mutuamente, de xeito que se comprimen entre eles. A esta forza chamámola normal (en matemáticas normal significa perpendicular). Non hai fórmula para a calcular, e o seu valor depende de canto se compriman os dous corpos en contacto. As forzas normais son sempre perpendiculares ás superficies dos corpos no punto de contacto.

Exemplo: un libro está en repouso enriba dunha mesa. O libro preme na mesa debido ao seu peso, e como reacción a mesa comprime o libro. Fíxese como son as dúas forzas:

A forza vermella é a que o libro fai contra a mesa, e está aplicada na superficie da mesa; o vector azul é a forza normal que a mesa exerce sobre o libro, e está aplicada na superficie do libro. Ambas as forzas son perpendiculares ás superficies do libro e da mesa. As dúas forzas son iguais e opostas(opostas: de sentidos contrarios).

Neste exemplo podemos calcular o valor da forza normal. Como o libro está en repouso, a forza total que actúa sobre el ten que ser cero. E sobre o libro actúan dúas forzas: o peso cara a abaixo e a normal que lle fai a mesa cara a arriba; daquela, a normal e o peso, neste caso, valen o mesmo. Pero noutros casos non, así que non confunda o peso coa normal.

Tensión en fíos, cables e resortes

Se collemos unha corda ou un fío coas mans e tiramos cara a fóra, a corda tensa:

Cando a corda ou o fío están tensos, sempre estiran un pouco (aínda que non se note a simple vista) e fan forza cara a dentro deles, intentando recuperar o seu tamaño inicial:

Cos resortes ocorre algo semellante, cando están estirados os extremos fan forza cara a dentro, pero cando están comprimidos fan forza cara a fóra:

Resorte sen comprimir nin estirar	Resorte estirado	Resorte comprimido

 Forzas gravitatorias

Isaac Newton (1643-1727) descubriu que dous corpos calquera, polo simple feito de teren masa, atráense mutuamente entre eles. Estas forzas de atracción (nunca son de repulsión) chámanse forzas gravitatorias. Estudaremos con máis detalle estas forzas na unidade didáctica seguinte.

Forzas eléctricas

En unidades anteriores vimos que a materia está formada por átomos, e que estes teñen protóns (con carga positiva) e electróns (con carga negativa). Se un átomo perde ou gaña algún electrón a súa carga total non é cero. E como os corpos están feitos de átomos, un corpo pode ter carga total positiva ou negativa.

Dous obxectos que teñan carga eléctrica fanse forza mutuamente. Se as cargas son do mesmo si gno (as dúas positivas ou as dúas negativas) os corpos repélense, e se son de distinto signo atráense:

Forzas eléctricas de repulsión	Forzas eléctricas de atracción

A fórmula para calcular a forza coa que se atraen ou repelen dúas cargas eléctricas é semellante a das forzas gravitatorias; foi deducida por Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) no ano 1785:

A unidade de carga eléctrica é o coulomb, de símbolo C. Equivale á carga total de 6,25.10¹⁸ electróns. O valor da constante K depende da substancia que haxa entre as cargas; se non hai nada, ou aire, K vale 9.10⁹ N.m²/C²; se hai auga, por exemplo, vale 80 veces menos.

Forzas magnéticas

Son coñecidas desde moi antigo; o imán natural (a magnetita) é un mineral que atrae a outros imáns e a anacos de ferro. Hoxe sabemos que o magnetismo é producido por cargas eléctricas en movemento, isto é, por correntes eléctricas. Nos imáns naturais estas correntes son debidas ao movemento organizado dos electróns.

Podemos fabricar doadamente un imán facendo circular unha corrente continua (dunha pila ou dunha batería) a través dunha bobina ou solenoide.

Os imáns sempre teñen dous polos, chamados polo norte e polo sur. Os polos distintos atráense entre si, e os polos iguais repélense. As forzas magnéticas diminúen ao afastar os imáns ou o imán e o ferro. As fórmulas para calcular o valor das forzas magnéticas son algo complicadas, non as vemos aquí.

Un imán sempre ten un polo norte e un sur, é imposible separalos; se un imán rompe, os dous anacos resultantes teñen, cada un deles, os seus polos norte e sur:

Os imáns e as correntes eléctricas fanse forza entre si mutuamente. Este é o fundamento dalgúns aparellos eléctricos moi utilizados, como os relés e os motores eléctricos.

O planeta Terra compórtase como un imán. Na actualidade, o polo Norte xeográfico está moi preto do polo sur magnético, e o polo sur xeográfico preto do polo norte magnético. Pero ao longo da historia do planeta a posición dos polos magnéticos cambiou moitas veces, e segue a cambiar. As perigosas partículas atómicas con carga eléctrica procedentes do Sol e do espazo exterior son desviadas polo campo magnético cara aos polos magnéticos, que son zonas deshabitadas, non producindo por tanto danos nas persoas.

Unha das utilidades dos imáns é a produción de correntes eléctricas alternas. Busque información en internet sobre o tema, como por exemplo nesta páxina web:

• [http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html]

Forzas de rozamento

Cando intentamos arrastrar un armario sabemos que temos que facer bastante forza. A xente cre que é debido a que o armario pesa moito, pero isto non é de todo certo. Se pomos uns panos entre as patas do armario e o chan, temos que facer menos forza para o mover, e o armario segue a pesar o mesmo!

Sempre que dous corpos están en contacto apertados un contra o outro e queremos mover un deles aparece unha forza que dificulta este movemento: é a forza de rozamento. É debida a que as superficies dos corpos nunca son totalmente lisas, polo menos a nivel microscópico; obsérveo na fotografía do corte dun aceiro puído:

Cando as superficies dos corpos están en contacto, os saíntes das dúas superficies están moi comprimidos e sóldanse (é un enlace químico entre os átomos delas):

Para conseguir que o armario comece a moverse temos que empurralo e romper estas soldaduras. Logo de estar en movemento, terá observado que para que siga movéndose hai que empurrar con menos forza: é debido a que os saíntes teñen pouco tempo para acabar de soldarse de todo entre eles, e o armario roza menos.

Canto máis apertados estean os dous corpos un contra o outro (a forza normal, lembre), maior é o número de puntos soldados entre eles, razón pola que a forza de rozamento é directamente proporcional á forza normal e escribímolo así: F = N, sendo   o coeficiente de rozamento, cuxo valor depende das características das superficies en contacto, e N é a forza normal. Os coeficientes de rozamento adoitan valer entre 0 e 1; non teñen unidades, son números sen unidades (son o cociente de dúas forzas:  = F/N).

A forza de rozamento sempre é paralela ás superficies en contacto, e de sentido contrario ao movemento do corpo:

Hai dous tipos de forzas de rozamento: a forza de rozamento estática e a forza de rozamento dinámica (ou cinética). A primeira é a que hai entre dous corpos cando están en repouso, e a segunda é a forza de rozamento entre dous corpos cando un deles se move sobre o outro. A forza de rozamento estática adoita ser maior que a dinámica, polo que o coeficiente de rozamento estático tamén é maior que o coeficiente de rozamento dinámico.

Os rozamentos son ás veces prexudiciais, como nas pezas móbiles dos motores; o rozamento entre pezas metálicas é moi grande e pode desgastalas, por iso hai que lubricalas con graxas, aceites ou grafito. Os rodamentos e as chumaceiras son outros mecanismos para diminuír o rozamento.

Pero outras veces as forzas de rozamento son moi útiles: se non as houbese non poderiamos camiñar (esvarariamos!) nin coller un bolígrafo para escribir; os parafusos non apertarían e os cravos sairían do seu sitio. Os embragues dos automóbiles tamén usan o rozamento no seu funcionamento.