Fuerza corporal

Fuerza que actúa en todo el volumen de un cuerpo.

En física , una fuerza corporal es una fuerza que actúa en todo el volumen de un cuerpo. ^[1] Las fuerzas debidas a la gravedad , los campos eléctricos y los campos magnéticos son ejemplos de fuerzas corporales. Las fuerzas corporales contrastan con las fuerzas de contacto o las fuerzas superficiales que se ejercen sobre la superficie de un objeto. Las fuerzas ficticias como la fuerza centrífuga , la fuerza de Euler y el efecto Coriolis son otros ejemplos de fuerzas corporales.

Definición

Cualitativo

Una fuerza corporal es simplemente un tipo de fuerza y, por lo tanto, tiene las mismas dimensiones que la fuerza [M][L][T] ⁻² . Sin embargo, a menudo resulta conveniente hablar de una fuerza corporal en términos de fuerza por unidad de volumen o de fuerza por unidad de masa . Si la fuerza por unidad de volumen es de interés, se la denomina densidad de fuerza en todo el sistema.

Una fuerza corporal se distingue de una fuerza de contacto en que la primera no requiere contacto para transmitirse. Por lo tanto, las fuerzas comunes asociadas con gradientes de presión y transmisión de calor conductivo y convectivo no son fuerzas corporales, ya que requieren contacto entre sistemas para existir. La transferencia de calor por radiación , por otro lado, es un ejemplo perfecto de una fuerza corporal. ^{[ dudoso – discutir ]}

Más ejemplos de fuerzas corporales comunes incluyen:

• Gravedad ,
• Fuerzas eléctricas que actúan sobre un objeto cargado en todo su volumen,
• Fuerzas magnéticas que actúan sobre las corrientes dentro de un objeto, como la fuerza de frenado que resulta de las corrientes de Foucault ,

Las fuerzas ficticias (o fuerzas inerciales) pueden considerarse como fuerzas corporales. Las fuerzas inerciales comunes son:

• Fuerza centrífuga ,
• Fuerza de Coriolis ,
• Fuerza de Euler (o fuerza transversal), que se produce en un marco de referencia giratorio cuando la velocidad de rotación del marco cambia

Sin embargo, las fuerzas ficticias no son fuerzas reales, sino que son correcciones a la segunda ley de Newton cuando se formula en un marco de referencia acelerado . (La gravedad también puede considerarse una fuerza ficticia en el contexto de la relatividad general ).

Cuantitativo

La densidad de fuerza corporal se define de modo que su integral de volumen (a lo largo de un volumen de interés) dé la fuerza total que actúa en todo el cuerpo;

${\displaystyle \mathbf {F} _{\mathrm {body} }=\int \limits _{V}\mathbf {f} (\mathbf {r} )\mathrm {d} V\,,}$

donde d V es un elemento de volumen infinitesimal y f es el campo de densidad de fuerza del cuerpo externo que actúa sobre el sistema.

Aceleración

Al igual que cualquier otra fuerza, la fuerza de un cuerpo hará que un objeto se acelere. Para un objeto no rígido, la segunda ley de Newton aplicada a un elemento de volumen pequeño es

${\displaystyle \mathbf {f} (\mathbf {r} )=\rho (\mathbf {r} )\mathbf {a} (\mathbf {r} )}$,

donde ρ ( r ) es la densidad de masa de la sustancia, ƒ la densidad de fuerza y ​​a ( r ) es la aceleración , todas en el punto r .

El caso de la gravedad

En el caso de un cuerpo en el campo gravitatorio sobre la superficie de un planeta, a ( r ) es casi constante ( g ) y uniforme. Cerca de la Tierra

${\displaystyle g=9.81{\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} ^{2}}}}$.

En este caso simplemente

${\displaystyle \mathbf {F} _{\mathrm {body} }=\int \limits _{V}\rho (\mathbf {r} )\mathbf {g} \mathrm {d} V=\int \limits _{V}\rho (\mathbf {r} )\mathrm {d} V\cdot \mathbf {g} =m\mathbf {g} }$

donde m es la masa del cuerpo.

Véase también

• Acción a distancia
• Fuerza ficticia
• Densidad de fuerza
• Fuerza sin contacto
• Fuerza normal
• Fuerza superficial

Referencias

1. Sitio de Springer - Libro 'Mecánica de sólidos'. Vista previa del párrafo 'Fuerzas corporales'.