Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
12Empujones y tirones: las fuerzas
Abrir una puerta, subir una cremallera, chutar un balón, arrastrar un trineo: te pasas el día entero empujando y tirando. La física reúne todo esto bajo un nombre orgulloso — fuerza — y hace dos preguntas sencillas: ¿qué puede hacer una fuerza y hacia dónde actúa?
12.1 Empujones y tirones por todas partes
Definición 12.1 (La fuerza)
Una fuerza es un empujón o un tirón. Empujar un columpio, tirar de un carrito, apretar un timbre, estirar una goma elástica, amasar pan: en todos estos casos hay una fuerza trabajando. Una fuerza tiene siempre una intensidad — suave o tremenda — y una dirección: empuja o tira hacia algún lado.
Ejemplo 12.2 (¿Empujón o tirón?)
Clasifica tu día: chutar un balón — un empujón con el pie. Abrir un cajón — un tirón. Cerrarlo — un empujón. Subirse la cremallera de la chaqueta — un tirón. Amasar pan — muchos empujoncitos. Tirar de la cuerda — dos equipos tirando de la misma soga en sentidos contrarios.
Método 12.3 (Dibujar una fuerza como una flecha)
Los físicos dibujan una fuerza como una flecha:
- la flecha empieza donde el empujón o el tirón agarra el objeto;
- apunta hacia donde actúa la fuerza;
- una fuerza más intensa lleva una flecha más larga.
Una flechita cuenta la historia entera: dónde, hacia dónde y con cuánta fuerza. Dibujaremos estas flechas durante muchos años.
12.2 Qué hacen las fuerzas
Proposición 12.4 (Los cuatro oficios de una fuerza)
Una fuerza puede hacerle cuatro cosas a un objeto:
- ponerlo en movimiento — el chut manda lejos el balón parado;
- pararlo — las manos del portero paran el disparo;
- desviarlo — un toque de lado tuerce el camino del balón que rueda;
- cambiarle la forma — al apretarla se aplasta la esponja, al tirar de ella se estira la goma.
Sin fuerza, ninguna de las cuatro: un objeto al que se deja completamente en paz sigue haciendo exactamente lo que estaba haciendo.
Ejemplo 12.5 (Más fuerza, más efecto)
Da un toquecito a una canica: rueda perezosa hasta el borde de la mesa. Dale un capirotazo fuerte: sale volando por la habitación. La misma canica, el mismo dedo — solo ha cambiado la intensidad del empujón, y el vuelo de la canica ha cambiado con ella. Fuerza suave, efecto suave; fuerza tremenda, efecto tremendo.
Ejemplo 12.6 (Pruébalo: los que cambian de forma)
Reúne una esponja, una goma elástica, un trozo de plastilina y un taco de madera. Aprieta y estira cada uno. La esponja recupera su forma en cuanto la sueltas; la goma también. La plastilina se queda con su forma nueva — tu fuerza le ha hecho una marca para siempre. ¿Y el taco? Tu apretón más fuerte no lo cambia nada (¡nada que se pueda ver!). Cada cosa responde a la fuerza a su manera.
12.3 Fuerzas sin tocar
Ejemplo 12.7 (El tirón de la Tierra)
Suelta una cuchara: se va abajo. Lanza una pelota todo lo alto que quieras: vuelve abajo. Las hojas, las gotas de lluvia, las migas — todo lo que se suelta cae hacia abajo. Algo tira de todas y cada una de esas cosas, todo el rato y sin tocarlas: la propia Tierra. El tirón de la Tierra es la fuerza más constante de tu vida — no suelta nunca, y por eso “abajo” significa lo mismo en todos los rincones del patio.
Observación 12.8 (Viejos conocidos)
Ya conoces otra fuerza que no toca: el imán, tirando de su clip a través de un hueco de aire. Los imanes y el tirón de la Tierra son las dos fuerzas sin contacto de tu vida diaria — excepciones raras y preciosas, porque cualquier otro empujón o tirón con el que te cruces necesita tocar. Las dos crecerán hasta convertirse en grandes capítulos más adelante en este curso.
12.4 Ejercicios
Ejercicio 12.1 ★
¿Empujón o tirón? Llamar a un timbre; abrir un cajón; rematar de cabeza un balón; arrastrar un trineo cuesta arriba; apretar el tubo de pasta de dientes.
Solución
Solución de Ejercicio 12.1.
Empujón; tirón; empujón; tirón; empujón (apretar es empujar por los dos lados).
Ejercicio 12.2 ★
¿Qué tres cosas cuenta sobre una fuerza la flecha que la representa?
Solución
Solución de Ejercicio 12.2.
Dónde agarra la fuerza el objeto, hacia dónde actúa y cuánta intensidad tiene (por la longitud de la flecha).
Ejercicio 12.3 ★
Nombra los cuatro oficios de una fuerza y pon un ejemplo tuyo de cada uno — distinto de los del capítulo.
Solución
Solución de Ejercicio 12.3.
Poner en movimiento, parar, desviar y cambiar la forma. Los ejemplos varían — por ejemplo: dar un capirotazo a una canica (poner en movimiento), atrapar un disco volador (parar), hacer rebotar una pelota en la pared (desviar), aplastar una bola de nieve (forma).
Ejercicio 12.4 ★
Una canica rueda derecha hacia ti. Usando solo un dedo, ¿cómo haces que: se pare; vaya más deprisa; se desvíe hacia un lado? Di hacia dónde empuja tu dedo cada vez.
Solución
Solución de Ejercicio 12.4.
Pararla: empujar en contra de su movimiento, con el dedo hacia la canica. Acelerarla: empujar por detrás, en el sentido en que ya rueda. Desviarla: empujar de lado, cruzando su camino.
Ejercicio 12.5 ★
¿Cuáles recuperan su forma y cuáles se quedan con la marca: una esponja; la plastilina; una goma elástica; la nieve blanda?
Solución
Solución de Ejercicio 12.5.
Recuperan su forma: la esponja y la goma elástica. Se quedan con la marca: la plastilina y la nieve blanda.
Ejercicio 12.6 ★
Dibuja una caja empujada suavemente hacia la derecha y la misma caja empujada con fuerza hacia la izquierda. ¿En qué se diferencian tus dos flechas?
Solución
Solución de Ejercicio 12.6.
El empujón suave: una flecha corta apuntando a la derecha. El empujón fuerte: una flecha larga apuntando a la izquierda. Longitudes distintas, sentidos contrarios.
Ejercicio 12.7 ★
¿Qué fuerza hace caer todo lo que se suelta? ¿Necesita tocar la cuchara que cae? ¿Hacia dónde tira siempre?
Solución
Solución de Ejercicio 12.7.
El tirón de la Tierra. No necesita tocar — tira de la cuchara a través del aire, y siempre hacia abajo.
Ejercicio 12.8 ★
Di las dos fuerzas sin contacto que has conocido, cada una con un ejemplo visto en casa.
Ejercicio 12.9 ★★
En el juego de tirar de la cuerda, los dos equipos tiran con todas sus fuerzas y, sin embargo, la cinta atada a la soga a veces no se mueve nada. Dibuja la soga con las flechas de los dos equipos. ¿Qué tiene que pasar con los dos tirones para que la cinta se quede quieta? ¿Qué ocurre en el momento en que un equipo tira más fuerte?
Solución
Solución de Ejercicio 12.9.
Dos flechas sobre la soga, igual de largas y apuntando en sentidos contrarios. La cinta se queda quieta cuando los dos tirones son igual de intensos — se anulan el uno al otro. En el momento en que un equipo tira más fuerte, gana su flecha y la cinta se mueve hacia ese lado.
Ejercicio 12.10 ★★
Una pelota lanzada recta hacia arriba va frenando, se para un abrir y cerrar de ojos y vuelve a caer. ¿Qué fuerza está actuando durante la subida, arriba del todo y durante la bajada? ¿Deja de tirar en algún momento? (Dibuja la flecha en cada uno de los tres instantes.)
Solución
Solución de Ejercicio 12.10.
La misma fuerza en los tres instantes: el tirón de la Tierra, con la flecha apuntando recta hacia abajo — durante la subida (frenando la pelota), arriba del todo (a punto de devolverla) y durante la bajada (acelerándola). No deja de tirar ni un solo instante.