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Una fuerza de contacto es cualquier fuerza que se produce cuando dos objetos entran en contacto entre sí. [ 1 ] Las fuerzas de contacto son muy comunes y son responsables de la mayoría de las interacciones visibles entre conjuntos macroscópicos de materia. Empujar un coche o patear una pelota son ejemplos cotidianos donde actúan las fuerzas de contacto. En el primer caso, la fuerza es aplicada continuamente al coche por una persona, mientras que en el segundo caso la fuerza se aplica en un breve impulso .
Las fuerzas de contacto a menudo se descomponen en componentes ortogonales , una perpendicular a la(s) superficie(s) en contacto, llamada fuerza normal , y otra paralela a la(s) superficie(s) en contacto, llamada fuerza de fricción . [ 1 ]
No todas las fuerzas son fuerzas de contacto; por ejemplo, el peso de un objeto es la fuerza que existe entre el objeto y la Tierra, aunque no sea necesario que entren en contacto. Las fuerzas gravitatorias, eléctricas y magnéticas son fuerzas volumétricas y pueden existir sin que haya contacto físico.
Origen
El origen microscópico de las fuerzas de contacto es diverso. La fuerza normal es resultado directo del principio de exclusión de Pauli y no una fuerza real en sí misma: los objetos cotidianos no se tocan realmente entre sí; más bien, las fuerzas de contacto son el resultado de las interacciones de los electrones en o cerca de las superficies de los objetos. [ 1 ] Los átomos en las dos superficies no pueden penetrarse entre sí sin una gran inversión de energía porque no existe un estado de baja energía para el cual las funciones de onda electrónicas de las dos superficies se superpongan; por lo tanto, no se necesita ninguna fuerza microscópica para evitar esta penetración. A nivel macroscópico, dichas superficies pueden tratarse como un solo objeto, y dos cuerpos no se penetran entre sí debido a la estabilidad de la materia, que es nuevamente consecuencia del principio de exclusión de Pauli, pero también de las fuerzas fundamentales de la naturaleza : las grietas en los cuerpos no se ensanchan debido a las fuerzas electromagnéticas que crean los enlaces químicos entre los átomos; los átomos mismos no se desintegran debido a las fuerzas electromagnéticas entre los electrones y los núcleos; y los núcleos no se desintegran debido a las fuerzas nucleares. [ 2 ]
En cuanto a la fricción, es resultado tanto de la adhesión microscópica como de la formación de enlaces químicos debido a la fuerza electromagnética , y de la tensión entre estructuras microscópicas; [ 3 ] en estos últimos fenómenos, para permitir el movimiento, las estructuras microscópicas deben deslizarse una sobre la otra o adquirir suficiente energía para romperse entre sí. Por lo tanto, la fuerza que actúa en contra del movimiento es una combinación de la fuerza normal y de la fuerza necesaria para ensanchar las grietas microscópicas dentro de la materia; esta última fuerza se debe nuevamente a la interacción electromagnética . Además, se crea tensión dentro de la materia, y esta tensión se debe a una combinación de interacciones electromagnéticas (ya que los electrones son atraídos por los núcleos y repelidos entre sí) y del principio de exclusión de Pauli, que funciona de manera similar al caso de la fuerza normal.
Véase también
Referencias
- 1 2 3 Plesha, Gray y Costanzo (2010). Mecánica de la ingeniería – Estática . McGraw-Hill . págs. 8-9 .
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - ↑ Lieb, EH (1991). La estabilidad de la materia. En La estabilidad de la materia: de los átomos a las estrellas (págs. 483-499). Springer, Berlín, Heidelberg.
- ↑ Chen, Z., Khajeh, A., Martini, A., & Kim, SH (2019). Orígenes químicos y físicos de la fricción en superficies con escalones atómicos. Science advances, 5(8), eaaw0513.
- Fuerza
