En física , un campo de fuerza es un campo vectorial que corresponde a una fuerza sin contacto que actúa sobre una partícula en varias posiciones en el espacio . Específicamente, un campo de fuerza es un campo vectorial , donde es la fuerza que sentiría una partícula si estuviera en la posición . [1]
Ejemplos
La gravedad es la fuerza de atracción entre dos objetos. Un campo de fuerza gravitacional modela esta influencia que un cuerpo masivo (o más generalmente, cualquier cantidad de energía ) se extiende en el espacio que lo rodea. [2] En la gravedad newtoniana , una partícula de masa M crea un campo gravitacional , donde el vector unitario radial apunta en dirección opuesta a la partícula. La fuerza gravitacional experimentada por una partícula de masa ligera m , cerca de la superficie de la Tierra , está dada por , donde g es la gravedad de la Tierra . [3] [4]
En un campo magnético , una carga puntual que se mueve a través de él experimenta una fuerza perpendicular a su propia velocidad y a la dirección del campo, siguiendo la relación: .
Trabajar
El trabajo depende tanto del desplazamiento como de la fuerza que actúa sobre un objeto. Cuando una partícula se mueve a través de un campo de fuerza siguiendo una trayectoria C , el trabajo realizado por la fuerza es una integral de línea :
Este valor es independiente de la velocidad /momento que recorre la partícula a lo largo de la trayectoria.
Campo de fuerza conservativo
En el caso de un campo de fuerza conservativo , también es independiente de la trayectoria en sí, ya que depende únicamente de los puntos de inicio y fin. Por lo tanto, el trabajo de un objeto que se desplaza en una trayectoria cerrada es cero, ya que sus puntos de inicio y fin son los mismos:
Si el campo es conservativo, el trabajo realizado se puede evaluar más fácilmente al comprender que un campo vectorial conservativo se puede escribir como el gradiente de alguna función potencial escalar:
El trabajo realizado es entonces simplemente la diferencia de valor de este potencial en los puntos inicial y final del camino. Si estos puntos están dados por x = a y x = b , respectivamente: