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Física y Química 3.º ESO · Las fuerzas y su medida: el dinamómetro

Recuerda: las fuerzas y sus efectos

Objetivo: Al terminar, sabrás reconocer que una fuerza es una interacción entre dos cuerpos, identificar sus efectos (deformar o cambiar el estado de movimiento) y clasificar las fuerzas en fuerzas de contacto y fuerzas a distancia.

Recuerda

¿Qué es una fuerza?

Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos: siempre hay un cuerpo que la ejerce y otro que la recibe. Por eso decimos «la fuerza que el pie ejerce sobre el balón» o «la fuerza con que la Tierra atrae a la manzana». Un cuerpo no «tiene» fuerza ni la «lleva» dentro.

La fuerza se mide en newtons (N), la unidad del Sistema Internacional.

Efectos de las fuerzas

Las fuerzas pueden producir dos tipos de efectos:

Deformaciones: cambian la forma del cuerpo. La deformación puede desaparecer al dejar de actuar la fuerza (un muelle, una goma) o quedarse (plastilina, una lata aplastada).
Cambios en el estado de movimiento: la fuerza puede
- poner en movimiento un cuerpo en reposo (sacar de banda),
- detenerlo (el portero que para el balón),
- hacer que vaya más rápido o más despacio (pedalear, frenar),
- cambiar la dirección de su movimiento (un cabezazo, la Tierra que hace girar a la Luna).

Muchas veces los dos efectos se dan a la vez: al chutar, el balón se aplasta un instante y sale despedido.

Fuerzas de contacto y fuerzas a distancia

Tipo	Cuándo actúan	Ejemplos
De contacto	Los cuerpos se tocan	Empujar, tirar de una cuerda, el rozamiento, la fuerza de un muelle, la que hace el suelo al sostenernos
A distancia	Los cuerpos no necesitan tocarse	La gravitatoria (el peso), la magnética (un imán y un clip), la eléctrica (un globo frotado y el pelo)

Cómo se representa y se mide una fuerza

Para describir una fuerza no basta con decir cuánto vale: también importa hacia dónde actúa y en qué punto. Empujar una puerta junto al pomo no es lo mismo que empujarla junto a las bisagras. Por eso las fuerzas se representan con flechas:

el origen de la flecha es el punto donde se aplica la fuerza;
la dirección y el sentido de la flecha indican hacia dónde actúa;
la longitud de la flecha indica su intensidad, usando una escala (por ejemplo, $1\ \text{cm} \leftrightarrow 10\ \text{N}$ ).

Para hacerte una idea del newton: 1 N es, aproximadamente, la fuerza que hace falta para sostener en la mano un objeto de 100 g, como una tableta de chocolate.

Las fuerzas se miden con el dinamómetro: un muelle dentro de un tubo con una escala en newtons. Al colgar un objeto o tirar del gancho, el muelle se alarga, y la marca indica el valor de la fuerza. Cada dinamómetro tiene un valor máximo que puede medir; si se supera, el muelle se estropea.

Puntos clave

Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos: uno la ejerce y otro la recibe.
La fuerza se mide en newtons (N).
Efectos de las fuerzas: deformar los cuerpos y cambiar su estado de movimiento (ponerlo en marcha, pararlo, cambiar su rapidez o su dirección).
Fuerzas de contacto: los cuerpos se tocan (empujar, tirar, rozamiento).
Fuerzas a distancia: actúan sin contacto (gravitatoria, magnética, eléctrica).
Una fuerza se representa con una flecha: origen en el punto de aplicación, dirección y sentido de la fuerza y longitud proporcional a su valor.
Las fuerzas se miden con el dinamómetro; 1 N es, aproximadamente, lo que cuesta sostener 100 g.

Errores frecuentes

ErrorDecir que un balón en el aire «lleva la fuerza de la patada».
Cómo corregirloLa fuerza del pie solo actúa mientras el pie toca el balón. Después, sobre el balón actúan el peso y el rozamiento con el aire, no la «fuerza de la patada».
ErrorPensar que si dos cuerpos no se tocan no puede haber fuerza entre ellos.
Cómo corregirloLas fuerzas gravitatorias, magnéticas y eléctricas actúan a distancia: la Tierra atrae a la Luna sin tocarla.
ErrorCreer que una fuerza siempre produce movimiento.
Cómo corregirloUna fuerza puede deformar sin mover (apretar una pelota antiestrés) o equilibrarse con otras (empujar una pared). También puede frenar un movimiento.
ErrorDibujar todas las flechas del mismo tamaño o sin escala.
Cómo corregirloElige una escala (por ejemplo, 1 cm por cada 10 N) y calcula la longitud de cada flecha dividiendo el valor de la fuerza entre lo que vale cada centímetro.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Un partido en el polideportivo situación real

Durante un partido de fútbol sala en el polideportivo del barrio ocurren estas cosas. Para cada una, di qué cuerpo ejerce la fuerza, sobre qué cuerpo actúa y qué efecto produce:

a) Una jugadora chuta el balón, que estaba parado. b) El portero atrapa el balón con las manos. c) Un jugador desvía de cabeza un balón que venía hacia él. d) El balón entra en la portería y abomba la red.

Resolución

Situación	Quién ejerce la fuerza	Sobre quién	Efecto
a)	El pie	El balón	Lo pone en movimiento (y lo deforma un instante)
b)	Las manos del portero	El balón	Lo detiene
c)	La cabeza	El balón	Cambia la dirección de su movimiento
d)	El balón	La red	Deforma la red

En todos los casos hay dos cuerpos: la fuerza es una interacción.

Ejemplo 2. Un imán, un clip y un globo experimental
Sobre la mesa del profesor hay un clip. Acercamos un imán sin tocarlo y el clip se mueve hacia el imán. Después frotamos un globo con el pelo y lo acercamos a unos trocitos de papel, que saltan hacia el globo. Por último, soltamos una goma de borrar y cae al suelo.

a) ¿Se tocan los cuerpos en algún caso? b) ¿Qué tipo de fuerza actúa en cada caso? c) Pon un ejemplo de fuerza de contacto que veas en el aula.

Resolución
a) En ningún caso hay contacto: el imán no toca el clip, el globo no toca los papeles y la Tierra no «toca» la goma mientras cae.

b) Son fuerzas a distancia:
- imán y clip → fuerza magnética;
- globo frotado y papeles → fuerza eléctrica;
- Tierra y goma → fuerza gravitatoria (el peso de la goma).
c) Por ejemplo: la mano que empuja la puerta, la silla que nos sostiene, el rozamiento del borrador con la pizarra.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Indica el efecto de la fuerza en cada caso (deformación o cambio en el estado de movimiento; si es un cambio de movimiento, di cuál):

a) Aprietas una bola de plastilina. b) Frenas la bici antes de un paso de peatones. c) Un tenista devuelve la pelota. d) La Tierra mantiene a la Luna girando a su alrededor. e) Estiras una goma del pelo.

Ver solución
a) Deformación (permanente). b) Cambio de movimiento: la bici va más despacio. c) Cambio de movimiento: cambia la dirección y el sentido (y la pelota se deforma un instante). d) Cambio de movimiento: cambia la dirección. e) Deformación (desaparece al soltarla).
a) La plastilina queda deformada aunque dejes de apretar. b) La fuerza de los frenos disminuye la rapidez de la bici. c) La raqueta cambia la dirección y el sentido del movimiento de la pelota; además la pelota y las cuerdas se deforman un instante. d) La fuerza gravitatoria de la Tierra cambia continuamente la dirección del movimiento de la Luna; sin ella, la Luna seguiría en línea recta. e) La goma se deforma y recupera su forma al soltarla.
2. Fácil
Clasifica estas fuerzas en fuerzas de contacto o fuerzas a distancia:

a) La que hace una grúa al levantar un contenedor con un cable. b) La atracción entre la Tierra y el Sol. c) La de un imán de nevera sobre la puerta del frigorífico. d) El rozamiento entre las ruedas y la carretera. e) La que hace el viento sobre la vela de un barco. f) La atracción entre un peine frotado y tu pelo.
Ver solución
Contacto: a), d), e). A distancia: b) (gravitatoria), c) (magnética), f) (eléctrica).
- De contacto: a) el cable toca el contenedor; d) las ruedas tocan la carretera; e) el aire (viento) choca con la vela.
- A distancia: b) gravitatoria; c) magnética (el imán atrae al acero de la puerta aunque haya una capa de pintura); f) eléctrica.
3. Media
Lee esta frase de un alumno: «Cuando lanzo una piedra, la piedra lleva dentro la fuerza que le he dado, y cuando se le acaba la fuerza, cae». Explica qué está mal y qué fuerzas actúan sobre la piedra mientras va por el aire.
Ver solución
La fuerza de la mano solo actúa mientras la mano toca la piedra. En el aire actúan el peso (la Tierra atrae a la piedra) y el rozamiento con el aire.
Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos, no algo que un cuerpo «lleva dentro». La mano ejerce fuerza sobre la piedra solo mientras la toca. Cuando la piedra ya va por el aire, actúan sobre ella:
- el peso: la Tierra la atrae (fuerza a distancia), y por eso su trayectoria se curva hacia abajo y acaba cayendo;
- el rozamiento con el aire (fuerza de contacto), que la frena un poco.

Para practicar más

1. Fácil
En un partido de tenis, describe tres fuerzas distintas. Para cada una indica qué cuerpo la ejerce, sobre qué cuerpo actúa, si es de contacto o a distancia y qué efecto produce.
Ver solución
Respuesta abierta. Por ejemplo: raqueta sobre pelota (contacto; cambia su movimiento y la deforma); Tierra sobre pelota (a distancia; curva su trayectoria hacia abajo); pelota sobre la red (contacto; la deforma y la red frena la pelota).
Ejemplos válidos:
1. La raqueta sobre la pelota: de contacto; cambia la dirección, el sentido y la rapidez de la pelota y la deforma un instante.
2. La Tierra sobre la pelota (peso): a distancia; hace que la pelota baje y bote.
3. El suelo sobre la pelota en el bote: de contacto; cambia el sentido de su movimiento (de bajar a subir).
4. Las zapatillas sobre la pista y la pista sobre las zapatillas (rozamiento): de contacto; permite al jugador arrancar y frenar.
2. Fácil
Di si es verdadero o falso y corrige las falsas:

a) Para que haya una fuerza hacen falta al menos dos cuerpos. b) Las fuerzas solo sirven para poner en movimiento los cuerpos. c) La fuerza magnética es una fuerza de contacto. d) Una fuerza puede cambiar la dirección de un movimiento sin cambiar su rapidez.

Ver solución
a) V. b) F: también los deforman, los frenan, los paran o cambian su dirección. c) F: es a distancia. d) V (por ejemplo, la Luna alrededor de la Tierra).
a) Verdadero: la fuerza es una interacción; uno la ejerce y otro la recibe. b) Falso: las fuerzas pueden deformar los cuerpos y cambiar su estado de movimiento de cualquier forma: ponerlos en marcha, frenarlos, pararlos o cambiar su dirección. c) Falso: el imán atrae al clip sin tocarlo; es una fuerza a distancia. d) Verdadero: la Tierra cambia continuamente la dirección del movimiento de la Luna, que va casi siempre igual de rápido.
3. Fácil
Busca en tu casa dos ejemplos de fuerzas que deforman un cuerpo y dos que cambian su estado de movimiento. En los ejemplos de deformación, di si el cuerpo recupera su forma o no.
Ver solución
Respuesta abierta. Por ejemplo: deforman: exprimir una esponja (la recupera), arrugar papel de aluminio (no la recupera). Cambian el movimiento: abrir una puerta, frenar un carrito de la compra.
Se valoran ejemplos en los que esté claro quién ejerce la fuerza y sobre qué actúa:
- Deformaciones: exprimir una esponja o estirar una goma (recuperan la forma); arrugar papel de aluminio o aplastar una lata (no la recuperan).
- Cambios de movimiento: abrir una puerta (la pone en movimiento), frenar un carrito de la compra (lo para), dar un golpe lateral a una pelota que rueda (cambia su dirección).