Un automóvil sigue avanzando por inercia después de dejar de pisar el acelerador. Otro automóvil frena bruscamente hasta detenerse. Un tercer automóvil toma una curva sin cambiar su rapidez. La física aborda cada caso como el mismo tipo de cuestión: ¿qué provoca que cambie la velocidad de un objeto?
El movimiento implica un cambio de posición. La magnitud clave es la velocidad , que indica qué tan rápido y en qué dirección cambia la posición. Su unidad en el SI es el metro por segundo . La velocidad puede cambiar de tres formas: puede aumentar su magnitud, disminuir su magnitud o cambiar de dirección.
Un cambio en la velocidad constituye la aceleración . La aceleración indica la rapidez con la que cambia la velocidad por segundo y apunta en la dirección hacia la que se “empuja” la velocidad. Su unidad en el SI es el metro por segundo al cuadrado . Al frenar en línea recta, la velocidad apunta hacia adelante mientras que la aceleración apunta hacia atrás. Al girar a rapidez constante, esta permanece igual pero la velocidad cambia de dirección; por tanto, existe una aceleración que apunta hacia el interior de la curva.
Utilice la situación ilustrada para relacionar las flechas con un evento de frenado real y para distinguir las fuerzas del movimiento resultante.
Una fuerza no es lo mismo que el movimiento. Las fuerzas son causas propuestas; el movimiento es el resultado que se puede medir.
Una fuerza es una interacción que puede cambiar la velocidad de un objeto o deformarlo. La fuerza es un vector, por lo que tiene tanto magnitud como dirección. Su símbolo estándar es y su unidad en el SI es el newton .
Al describir una fuerza en física, se deben indicar tres aspectos: el agente que la aplica, el objeto que la recibe y la dirección elegida como positiva. Por ejemplo, una carretera puede empujar un automóvil hacia arriba, y los frenos pueden empujarlo hacia atrás mediante la fricción en los neumáticos.
Entre las fuerzas que se estudiarán al inicio de este curso se encuentran las siguientes:
Error común: considerar la fuerza como algo que un objeto posee, como un ingrediente almacenado. Una fuerza es algo que ocurre entre objetos; sin interacción, no hay fuerza.
La masa mide la inercia de un objeto, es decir, la resistencia que este opone a los cambios de velocidad. Su unidad en el SI es el kilogramo . Es más difícil acelerar, frenar o cambiar la dirección de un carrito de la compra con mayor masa, ya que modificar su velocidad requiere una mayor interacción.
El peso es una fuerza. Representa la atracción gravitatoria sobre un objeto y apunta hacia abajo cerca de la superficie terrestre. Su unidad en el SI es el newton . El peso depende de la intensidad del campo gravitatorio local , que cerca de la Tierra es de aproximadamente .
La situación física consiste en un objeto situado cerca de un planeta, donde la gravedad es aproximadamente uniforme en toda la extensión del objeto. Las suposiciones del modelo son que el objeto es pequeño en comparación con el planeta y que es prácticamente constante en la región donde se produce el movimiento. En estas condiciones, el peso se relaciona con la masa mediante la ecuación:
Aquí, es el peso en newtons, es la masa en kilogramos y es la intensidad del campo gravitatorio en metros por segundo al cuadrado. Verificación del caso límite. Si , entonces , lo cual concuerda con la idea de que la ausencia de masa implica que no hay nada sobre lo que la gravedad pueda ejercer tracción.
Compare las lecturas de la báscula en la Tierra y en la Luna para distinguir lo que cambia —la fuerza gravitatoria— de lo que permanece constante: la inercia del objeto.