FUERZAS

La clave de la dinámica está en el diagrama de cuerpo libre, DCL... donde se dibujan las fuerzas, ¿pero qué son las fuerzas? La pregunta parece tarada, todo el mundo sabe qué son las fuerzas. Tampoco es difícil entender por qué se representan con flechitas (vectores), cualquiera se da cuenta de eso... Pero...

Creeme si te digo que el 80% de los fracasos en la resolución de problemas de dinámica surgen de lo siguiente:

a) los estudiantes suelen inventar fuerzas que en realidad no están actuando o directamente no existen.

b) los estudiantes se saltean fuerzas que están actuando pero no llegaron a percibir su presencia.

c) los estudiantes advierten la presencia de una fuerza pero la ubican mal, o le invierten el sentido o no se dan cuenta que es el par de interacción de otra fuerza conocida y por lo tanto no es una incógnita.

Te aseguro que el intríngulis de la dinámica está acá: en establecer las fuerzas con las que nos enfrentamos en cada ejercicio y hacerlo bien. Te voy a comentar los errores más comunes y darte algunos consejos de estilo tómalo o déjalo.

Las fuerzas no son entes corpóreos, tangibles, visibles, más bien son invenciones humanas para explicarnos los fenómenos naturales. Un tipo sometido a varias fuerzas, por ejemplo, no está atravesado con flechas como John Wayne en el final de la película. Cada vector tenés que razonarlo, deducirlo vos.

Para empezar tenés que hacerte a la idea de que por familiar que te resulte una fuerza tiene que haber un cuerpo que la ejerce, que la produce y otro cuerpo que la recibe, que la padece. Y cuando digo cuerpo (no te rías por lo que viene ahora) me refiero a algo tocable, visible, con masa, con color, con cierta dureza o cierta blandeza... un OBJETO, algo que exista... me entendés. No, parece que no. A ver... La gravedad ¿es un objeto? ¡Nooooo! ¡Bravooo! la gravedad no es un objeto, entonces no puede hacer ni recibir fuerzas. Vas entendiendo.

Todas las fuerzas que intervienen en la dinámica de un cuerpo hay que dibujarlas en un DCL. Por ejemplo estos dos que tomé prestado de un ejercicio en el que juegan dos carritos, el A y el B.

Voy a empezar analizando las fuerzas que obran sobre el carrito A. Aparece una fuerza horizontal hacia la derecha llamada F. Me pregunto ¿quién hace esa fuerza? No lo sé pero esa es justamente un dato del problema que dice "sobre el carretón A se aplica una fuerza..." o sea el autor del problema certifica la existencia de esa fuerza. Alguien o algo la estará haciendo, una locomotora, Tarzán, lo que sea, pero algo o alguien la hace.

F_BA es la fuerza que el carrito B le hace a A. En la situación del problema se están tocando, de ahí sale esa fuerza.

P_A es el peso de A. Quién tira de A hacia abajo... la Tierra... bien ése es el objeto, redondo, voluminoso, soleado, bonito...

V_A es la fuerza que las vías hacen sobre el carrito A. ¿Qué otra fuerza actúa sobre A? Seguro que si hago esa pregunta en clase algún osado contesta "¡la normal!", Ok, le respondo , y la dibujo... (una flechita vertical hacia arriba) y después le pregunto "¿y quién hace esa fuerza, quién empuja al carrito hacia arriba...? Esa pregunta no tiene respuesta eso indica que estabas a punto de inventar una fuerza. La borramos.

Alguno, en ayuda de su compañero puede decir "¡las vías!" "macanudo, pero a esa fuerza ya la pusimos y la llamamos V_A... ¿no te gusta el nombre? ¿querés llamarla normal? Ponele el nombre que quieras (dentro de ciertos límites)... ¡pero no la pongas dos veces!

Insisto con la pregunta ¿qué otra fuerza? "La fuerza de la velocidad", "Y quién la ejerce, quién la ejecuta", ¿no hay quién?, entonces no existe. Y así.

Nunca llames con el mismo nombre a dos fuerzas diferentes. En este problema, por ejemplo, el 65,3% de los estudiantes que hacen DCL llaman P al peso de cada carrito... MAL. En álgebra, que es el idioma de la física, P = P. Son dos fuerzas diferentes, tienen que tener nombre diferente. Podrían valer lo mismo, pero aún así deben tener nombres distintos. Usá los subíndices, están para eso. Algunos mocosos insolentes me responden (se me está pegando el personaje del maestro Ciruela) "pero si yo sé a qué cuerpo me estoy refiriendo, cuando lo reemplace le voy a poner a cada uno el valor que le corresponde". Igual está mal.

Tal vez vos no lo sepas, pero lo que tenés que aprender es a confeccionar un mensaje para otro, no para vos. (Andá a este otro artículo que es muy cortito e importante). Eso no quita que escribiste un error matemático, y está muy bien que tu profesor te lo corrija. Pero además no te olvides de que cada fuerza que vos encuentres se convierte en un número que después se va a viajar por un bosque de desarrollos algebraicos. Lo más probable es que se confundan y se pierdan.

Cuando dos cuerpos interactúan entre sí, y de ambos te interesa su dinámica (como en este caso de los carretones) la mejor manera de denominar las fuerzas es con el doble subíndice, que además denuncia claramente su filiación de par de interacción... el módulo de F_BA es igual al de F_AB.

Tengo más consejos pero también la sensación de que ya estás podrido. La práctica te dará el resto. Te felicito por haber llegado hasta acá.

• El concepto de fuerza fue introducido originalmente por Arquímedes, aunque únicamente en términos estáticos. Galileo fue el primero en dar una definición dinámica. Se considera que el primero que formuló matemáticamente la moderna definición de fuerza fue Newton.
• Actualmente se reconoce básicamente la existencia de cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitatoria, la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte. La gravitatoria modela el universo en su escala macroscópica. La electromagnética gobierna la estructura de la materia desde la escala atómica hasta la molecular y particular. Las nucleares gobiernan la escala subatómica. Y después está la fuerza de voluntad, te das una idea.

PREGUNTAS CAPCIOSAS

• ¿En qué unidades se miden las fuerzas?