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En física, una fuerza es cualquier influencia que causa que un objeto atraviese un cierto cambio, ya sea en su movimiento, dirección o construcción geométrica. En el Sistema Internacional de Unidades, es medido en newtons y es representado por el símbolo F. En otras palabras, una fuerza es aquello que causa que un objeto con masa cambie su velocidad (partiendo o no de un estado de reposo), esto es, que acelere, o bien que un objeto flexible se deforme. También puede ser entendida por conceptos intuitivos como una tracción o empuje. Una fuerza tiene una magnitud y una dirección, lo que la convierte en una magnitud vectorial.

La forma original de la segunda ley de Newton afirma que la fuerza neta aplicada en un objeto es igual a la razón del cambio del momento lineal del cuerpo respecto al tiempo. [1]​ Si la masa del cuerpo es constante, la ley implica que la aceleración del objeto es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada al cuerpo, es paralela a esta y es inversamente proporcional a la masa del objeto. Como fórmula, se expresa como:

donde las flechas implica que son cantidades vectoriales con magnitud y dirección.

Conceptos relacionados al de fuerza son: Empuje, que aumenta la velocidad de un cuerpo; arrastre, que la disminuye; y torque, que produce cambios en la velocidad de rotación del cuerpo. En un cuerpo extenso, cada parte aplica fuerzas a las partes adyacentes. La distribución de estas fuerzas se denomina tensión mecánica.[2]​ La presión es un tipo simple de tensión. La tensión causa deformación en los cuerpos sólidos y flujo en los fluidos.[3]​[4]​


Desarrollo del concepto[editar]

En la antigüedad, los filósofos usaban el concepto de fuerza en el estudio de objetos y máquinas simples, móviles o estacionarios, pero pensadores tales como Aristóteles y Arquímedes mantuvieron errores fundamentales en el entendimiento de las fuerzas. En parte esto se debió a la falta de comprensión de la no tan obvia fuerza de fricción, y en consecuencia una inadecuada mirada en la naturaleza del movimiento. [5]​ Un error fundamental era la creencia según la cual se requiere de una fuerza para mantener el movimiento, incluso a velocidad constante. La mayor parte de estos errores acerca del movimiento y las fuerzas fueron corregidas más tarde por Isaac Newton, el cual formuló leyes de movimento, las cuales no se verían modificadas por casi trescientos años.[4]​ A principios del siglo XX, Einstein desarrolló una teoría de la relatividad, que correctamente predijo la acción de las fuerzas en cuerpos que se mueven a velocidades cercanas a la luz, y proveyó de un mejor entendimiento sobre las fuerzas producidad por la gravitación y la inercia.

Gracias a las nuevas perspectivas proporcionadas por la mecánica cuántica y las tecnologías que permiten acelerar partículas a velocidades cercanas a la de la luz, la física de partículas pudo desarrollar un modelo estándar para describir fuerzas entre partículas más pequeñas que átomos. El modelo estándar predice que partículas intercambiadas llamadas bosones de gauge son los medios fundamentales por los cuales las fuerzas son emitidas y absorbidas. Solo se conocen cuatro tipos de interacciones: la fuerte, la electromagnética, la débil y la gravitacional.[3]​ La física de partículas de alta energía confirmó, mediante observaciones realizadas durante las décadas de 1970 y 1980, que las fuerzas débil y electromagnéticas no son sino expresiones de una fuerza más fundamental, la electrodébil.[6]​

Conceptos pre-newtonianos[editar]

Véanse también: Física aristotélica y Teoría del ímpetu.
Aristóteles describió la fuerza como cualquier cosa que cause en un objeto un movimiento “antinatural”

Desde la antigüedad se ha relacionado el concepto de fuerza como parte integral en el funcionamiento de las máquinas simples. La ventaja mecánica dada por una máquina simple permite usar menor fuerza a cambio de aquella fuerza actuando a una mayor distancia por la misma cantidad de trabajo. El análisis de las características de las fuerzas culiminó con la obra de Arquímedes, quien formuló un enfoque sobre la fuerza denominada empuje hidrostático inherentea en los fluidos.[5]​

Aristóteles proporcionó una discusión filosófica del concepto de fuerza, como una parte integral de su cosmología. De acuerdo a Aristóteles, en la naturaleza exisitirían cuatro elementos, que existían en “estados naturales”. Aristóteles creía que lo natural en los cuerpos con masa era permanecer sin moverse en el suelo, y que quedarían en este estado si nada influía en ellos. Distinguió entre la tendencia innata de los cuerpos a encontrar su “lugar natural” (por ejemplo, los objetos con peso a caer), que llevaría a un “movimiento natural”, del movimiento antinatural o forzado, que requeriría de la aplicación de una fuerza. [7]​ Esta teoría, basada en la experiencia cotidiana sobre el movimiento de los cuerpos, tal como la constante aplicación de una fuerza para mantener un carro en movimiento, llevaba a problemas conceptuales para explicar el comportamiento de proyectiles, tales como el vuelo de una flecha. La fuerza se aplica solo al comienzo del vuelo, y mientras el proyecto viaja por el aire no hay fuerzas aparentes que actúen en él. Aristóteles era consciente de este problema, por lo que propuso que el aire desplazado por la flecha en su vuelo proveería de la fuerza necesaria para que la flecha continúe su vuelo. Según esta explicación, se requeriría de aire para el movimiento de un proyectil y, por lo tanto, un proyectil no podría moverse en el vacío luego del impulso inicial. Otro problema es que, de hecho, el aire resiste el movimiento de los proyectiles. [8]​

La física aristotélica comenzó a recibir críticas durante la edad media, comenzando con Juan Filópo en el siglo VI. Lo defectos de la física aristotélica no serían totalmente corregidos hasta el siglo XVII, con la obra de Galileo Galilei, quien se vio influido por la idea medieval según la cual los objetos en movimiento cargarían una fuerza innata de ímpetu. A principios del siglo XVII, Galileo diseñó un experimento en el cual piedras y balas de cañón rodaba en un plano inclinado para refutar la teoría de Aristóteles de la gravedad. Con ello mostró que los objetos eran acelerados por la gravedad de una manera independiente a sus masas, y argumentó que los objetos mantienen su velocidad, a menos que una fuerza actúe sobre ellos, por ejemplo la fricción.[9]​

Notas al pie[editar]

  1. ↑ See for example pages 9-1 and 9-2 of Feynman, Leighton and Sands (1963).
  2. ↑ «glossary». Earth Observatory. NASA. Consultado el 9 de abril de 2008. «Force: Any external agent that causes a change in the motion of a free body, or that causes stress in a fixed body.» 
  3. ↑ a b e.g. Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. (1963). Lectures on Physics, Vol 1. Addison-Wesley. ; Kleppner, Daniel; Robert Kolenkow (1973). An Introduction to Mechanics. McGraw-Hill. pp. 133-134. ISBN 0-07-035048-5.  .
  4. ↑ a b University Physics, Sears, Young & Zemansky, pp.18–38
  5. ↑ a b Heath, T.L. «The Works of Archimedes (1897). The unabridged work in PDF form (19 MB)». Archive.org. Consultado el 14 de octubre de 2007. 
  6. ↑ Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas final theory
  7. ↑ Lang, Helen The Order of Nature in Aristotle's Physics: Place and the Elements (1998)
  8. ↑ Hetherington, Norriss S. (1993). Cosmology: Historical, Literary, Philosophical, Religious, and Scientific Perspectives. Garland Reference Library of the Humanities. p. 100. ISBN 0-8153-1085-4. 
  9. ↑ Drake, Stillman (1978). Galileo At Work. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 0-226-16226-5
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