La primera de las Tres leyes del movimiento de Sir Isaac Newton, que forman la base de la mecánica clásica, establece que un objeto en reposo o en un estado de movimiento uniforme permanecerá así indefinidamente en la ausencia de una fuerza externa. En otras palabras, una fuerza es la que causa un cambio en la velocidad o aceleración. La cantidad de aceleración producida en un objeto por una fuerza dada está determinada por la masa del objeto.

Fuerza y ​​velocidad son direccionales

Cuando los físicos hablan de la velocidad de un objeto, están hablando no solo de la velocidad del objeto pero también sobre la dirección en la que se mueve. De manera similar, la fuerza tiene un componente direccional así como uno cuantitativo: una fuerza que se opone directamente a la velocidad de un objeto tiene un efecto diferente sobre el objeto que una fuerza que actúa en ángulo recto con respecto a su movimiento. En términos matemáticos, la fuerza, la velocidad y la aceleración, que es la velocidad de cambio de la velocidad producida por una fuerza, son cantidades "vectoriales", que es un término que implica su componente direccional.

Fuerzas que actúan en un avión

La forma más fácil de entender cómo una fuerza altera la velocidad de un objeto es imaginar que esa fuerza actúa en la misma dirección que la velocidad. Por ejemplo, los motores a reacción en un avión proporcionan una fuerza que actúa en la dirección del movimiento del avión, dándole una aceleración positiva y haciéndolo ir más rápido. La fricción del aire, por otro lado, se opone directamente al movimiento del avión y lo desacelera; si los motores dejan de funcionar, el avión se caerá del cielo. Pero cuando la fuerza del motor y el empuje hacia arriba de la presión de aire en las alas diseñadas aerodinámicamente equilibran la fuerza de fricción y otras fuerzas de desaceleración, incluida la gravedad, el avión vuela a una velocidad constante hacia su destino.

Fuerza de gravitación

La atracción gravitacional que el sol ejerce sobre la Tierra es un ejemplo de una fuerza con un componente direccional importante. Debido a que la fuerza gravitatoria actúa en ángulo recto con el movimiento de la Tierra, no cambia la velocidad a la que viaja el planeta, pero cambia constantemente de dirección. Como resultado, la Tierra se mueve en una órbita casi circular. La velocidad de la Tierra puede ser relativamente constante, pero su velocidad siempre está cambiando como resultado de la fuerza de la gravedad que siempre está tirando hacia el sol. La misma fuerza gravitatoria mantiene a los satélites en órbita alrededor de la Tierra.

Diagramas de cuerpo libre

La relación matemática entre la fuerza (F) ejercida sobre un objeto y su aceleración (a) es F = m • a, donde "m" es la masa del objeto. La unidad para la fuerza en el sistema métrico es el newton, que lleva el nombre de Isaac Newton, el físico inglés que formuló la relación. En el mundo real, generalmente hay varias fuerzas que actúan sobre un cuerpo, cada una con un componente direccional. Estas fuerzas pueden ser de naturaleza mecánica, gravitacional, eléctrica o magnética. Para predecir el movimiento del objeto, a menudo es útil dibujar un diagrama de cuerpo libre, que es una representación gráfica de estas fuerzas que representa la magnitud y la dirección de cada una.