¿Qué es una fuerza?

Un newton equivale aproximadamente al peso de una manzana pequeña sostenida en la mano.

Empujar y tirar

En el lenguaje cotidiano, una fuerza es un empuje o una tracción. Empujas una puerta, tiras de un cajón, pateas una pelota o te apoyas en una pared. En física, una fuerza es cualquier interacción capaz de cambiar el movimiento o la forma de un objeto: ponerlo en movimiento, detenerlo, acelerarlo, frenarlo, desviarlo, aplastarlo o estirarlo. Una fuerza siempre actúa entre dos objetos. Tu mano empuja la puerta; la Tierra atrae la manzana; la carretera empuja los neumáticos. Si no puedes identificar el segundo objeto, probablemente no hayas encontrado una fuerza real.

Algunas fuerzas requieren contacto: la fricción entre una caja y el suelo, la tensión de una cuerda, el empuje del suelo que te sostiene (llamado fuerza normal, porque actúa perpendicularmente a la superficie) y el arrastre del aire o del agua. Otras actúan a través del espacio vacío: la gravedad, la fuerza eléctrica entre cargas y la fuerza magnética entre imanes. La gravedad del Sol atraviesa 150 millones de kilómetros de espacio casi vacío y mantiene a la Tierra en su órbita.

Medir fuerzas en newtons

La fuerza se mide en newtons (N), en honor a Isaac Newton. Un newton es la fuerza que produce una aceleración de 1 m/s² en una masa de 1 kg, de modo que 1 N = 1 kg·m/s². Puede sonar abstracto, pero es una cantidad pequeña y cotidiana. Una manzana pequeña de unos 100 g pesa cerca de 1 N en la Tierra. Sostener una bolsa de azúcar de 1 kg requiere unos 9.8 N. Un dinamómetro de resorte, como los que se usan para pesar equipaje, mide la fuerza directamente: el resorte se estira en proporción a la tracción.

Las fuerzas se suman como flechas

La fuerza es un vector, así que su dirección importa. Si dos personas tiran de un carrito en el mismo sentido con 30 N y 20 N, el total es 50 N. Si tiran en sentidos opuestos, el total es 30 − 20 = 10 N hacia quien ejerce más fuerza. La suma de todas las fuerzas sobre un objeto se llama fuerza neta. Cuando se combinan fuerzas perpendiculares, se suman como los catetos de un triángulo rectángulo: 3 N hacia el este y 4 N hacia el norte dan 5 N hacia el noreste, por el teorema de Pitágoras.

Cuando las fuerzas sobre un objeto se anulan, la fuerza neta es cero y las fuerzas están equilibradas. Un libro en reposo sobre una mesa es un buen ejemplo: la gravedad tira de él hacia abajo y la mesa lo empuja hacia arriba con igual intensidad. En un juego de tirar de la cuerda donde nadie se mueve, ambos equipos pueden tirar con cientos de newtons, pero la fuerza neta sobre la cuerda es cero. Las fuerzas no equilibradas son las que cambian el movimiento; de eso tratan las leyes de Newton de la próxima lección.

Diagramas de cuerpo libre

En física se organizan las fuerzas con un diagrama de cuerpo libre: dibuja el objeto como una caja o un punto y agrega una flecha por cada fuerza que actúe sobre él, desde el objeto y en el sentido de la fuerza. La longitud de cada flecha indica su magnitud. Para una caja que se empuja por el suelo hay cuatro flechas: el peso W hacia abajo, la fuerza normal N hacia arriba, tu empuje F y la fricción f en sentido contrario al movimiento.