¿Por qué un cuerpo acelera cuando se le aplica una fuerza? [cerrado]

Fuerza POR DEFINICIÓN es$\frac{\partial p}{\partial t}$De este modo$\int_{t_{0}}^{t_{1}} \frac{\partial p}{\partial t} dt$= Cambio en$p$

La aplicación de una fuerza durante un tiempo cambia la cantidad de movimiento de un cuerpo,

$p= mv$

$\frac{\partial p}{\partial t} = ma$

Por lo tanto, si aplico una fuerza, obtendré una aceleración,

La aceleración es la tasa a la cual la velocidad cambia con respecto al tiempo.

Se trata de definir una cantidad que sea útil. Podemos medir la aceleración, la velocidad, la distancia. Entonces, definir una cantidad que cambie esos valores de alguna manera puede usarse como una herramienta para predecir y comprender la naturaleza.

Como otros han señalado,$F=ma$es una definición de fuerza (y masa para el caso). La razón por la que inventamos el concepto de fuerza, como lo define esta ecuación, es porque hace que las cosas sean muy simples y elegantes. Queremos entender cómo se mueven las cosas. Observamos que los objetos generalmente se mueven a velocidad constante. La circunstancia especial es cuando un objeto se desvía del movimiento constante. Por lo tanto, siempre que un objeto se desvía del movimiento constante, decimos que, por definición, una fuerza actúa sobre él. Entonces resulta que en nuestro universo podemos describir todo tipo de fenómenos con solo un par de fuerzas fundamentales simples.

Tenga en cuenta que también podríamos tratar de definir una "fuerza de velocidad" mediante la ecuación$F_v=mv$. Podrías, técnicamente hablando, construir una teoría completa de la física clásica usando "fuerzas de velocidad" (solo usa$F_v=\int_{t_0}^t Fdt+mv_0$). Sin embargo, tal sistema sería extremadamente poco elegante. La "fuerza de velocidad" tendría que depender de toda la historia de las interacciones de la partícula.

La fuerza se define como una interacción que cambia el movimiento de un objeto (mira las leyes de Newton, por ejemplo). Un cambio en el movimiento significa que el objeto que experimenta la fuerza se acelera.

Eso debería estar en todos los libros de texto de física...

Desafío de marco: Tu pregunta no tiene sentido; ni se puede responder fácilmente con palabras

porque soy de otro mundo y no se de estas cosas

Una cosa que asumimos para la física es que las leyes de la física (tal como las entendemos) se aplican en todas partes . El tiempo y el espacio pueden comportarse de manera diferente en torno a la masa, claro, pero siguen las mismas leyes en la Tierra que en cualquier otro lugar. Entonces, dondequiera que estés en el universo, entiendes tirar o empujar.

Todo lo que no entiendes son las palabras. Dices "explica tirar o empujar". Agarro físicamente tu cuerpo, tiro y empujo. Ahora entiendes tirar y empujar.

Las palabras son meramente descriptivas de una acción física. En algún momento, la acción física debe observarse de una manera en la que ambos estemos de acuerdo. Agregar palabras adicionales no ayuda a explicar esto.

El primer paso para comprender completamente la estatura de las fuerzas clásicas es separar categóricamente los modelos y sus características de la realidad misma. Nuestros modelos se esfuerzan por describir la realidad, pero en última instancia debemos reconocer que conceptos como velocidad, momento y fuerza se definen en el contexto de un modelo, no en características inequívocas de la realidad. La realidad nos da la intuición de nuestros modelos y viceversa, pero son distintos.

Ahora, la declaración$\vec F=\frac{d \vec P}{dt}$es uno cargado. Es el postulado central de un modelo de dinámica, un modelo que postula bastantes cosas para que el enunciado tenga sentido.

Una fuerza fundamental o interacción fundamental en física es cualquier interacción entre la materia que no puede reducirse a interacciones más básicas. Esta no es una definición tan edificante desde la perspectiva de esta pregunta, es decir, porque no está claro cómo deben afectar el movimiento. Esta era una necesidad de generalidad porque las medidas clave de "movimiento" como la posición y la velocidad no son necesariamente significativas en la física fundamental. Sin embargo, cuando restringimos nuestro alcance a la física clásica, donde los objetos más básicos en el modelo son partículas con posiciones bien definidas (ya sea en el espacio-tiempo de Einstein o en el espacio euclidiano de Galileo), es simplemente una suposición .del modelo de que todas esas interacciones impactan el movimiento de las partículas de acuerdo con la segunda ley de Newton, y parte de esta suposición es que, asociado a cada interacción fundamental, hay un vector de fuerza en cada una de las partículas que interactúan que encapsula completamente su efecto. Piense en la fuerza de Coulomb entre partículas cargadas, o más generalmente en la fuerza de Lorentz.

Cuando presentamos$\vec F = \frac{d \vec P}{dt}$como un medio para modelar la dinámica clásica, entonces, estamos postulando que la materia está compuesta de partículas con momentos bien definidos; estamos postulando que existe algún conjunto de interacciones fundamentales de la materia, y que a cada una de ellas se le asocia un vector$\vec F_i$($i$indexación sobre las interacciones), llamada su fuerza , sobre cada partícula de materia; además (en un contexto galileano), estamos postulando que existe una familia de marcos de referencia, llamados marcos inerciales, dentro de los cuales la ecuación$\sum_i \vec F_i = \frac{d \vec P}{dt}$es cierto para cada partícula de materia (y por lo tanto para los sistemas compuestos por ellas). Al observar la dinámica del mundo real, planteamos la hipótesis de cuáles son las interacciones fundamentales y cuál es el vector de fuerza asociado a cada una. Luego los ponemos en nuestro modelo.$\vec F = \frac{d \vec P}{dt}$y ver qué tan bien predice lo que vemos.

Todo eso para decir: "empujar" y "jalar" son heurísticas que capturan lo que queremos que signifique "fuerza" en la realidad, pero definitivamente una fuerza es una manifestación modelada de una interacción fundamental de la materia, y decimos que las fuerzas causan aceleración porque nuestro modelo de hacerlo funciona extremadamente bien para predecir lo que vemos en el mundo real.

Al final, son todos los campos los que quieren alcanzar un estado óptimo de energía más baja: en nuestro mundo macroscópico, son los campos electromagnéticos y gravitatorios. En el nivel de las partículas, también tienes fuerzas fuertes y débiles.

Todo tiende a ir "cuesta abajo" (hasta cierto punto mínimo) siempre que las fuerzas no estén equilibradas.

Cuando se alcanza ese mínimo, el equilibrio, solo quedan fuerzas internas . Los átomos en los cristales están experimentando enormes fuerzas electromagnéticas que solo se hacen evidentes cuando tratamos de alterar el equilibrio. Si esas fuerzas, que se cancelan perfectamente entre sí, están realmente ahí, está en el ojo del espectador.

Como otro ejemplo, muchos artefactos de vidrio están bajo tensión interna que solo se hace evidente cuando surge una grieta y termina el equilibrio de fuerzas. Por lo general, ignoramos las fuerzas internas hasta que se altera el equilibrio, como en el vidrio mencionado, o un puente en Génova, o cuando depende de nosotros mantener el equilibrio. Pregúntale a Atlas oa San Cristóbal.

En la mecánica newtoniana esa es la definición de una fuerza : F = MA, donde M es la masa y A la aceleración. Entonces, ¿por qué mi auto no acelera si me apoyo en él? ¿No es eso una fuerza? Hay fricción de los neumáticos contra el suelo y fricción en la transmisión, por lo que la fuerza neta es cero (a menos que empuje muy fuerte).

La mecánica newtoniana es un gran salto conceptual desde la mecánica aristotélica; véase La invención de la ciencia: una nueva historia de la revolución científica, de David Wootton . En muchos sentidos, la teoría de Aristóteles es más intuitiva: simplemente no da lugar a un medio para calcular el movimiento que funcione.

Si persiste con las preguntas de "por qué", es posible que se salga de la mecánica newtoniana y se acerque a la relatividad y la mecánica cuántica. Supuestamente, Einstein se preguntó por qué estaba ejerciendo una fuerza (peso) sobre su silla, que estaba equilibrada por una fuerza igual de la silla sobre sus tuchis . Su respuesta fue la relatividad general .

Hay respuestas bastante satisfactorias a esta pregunta. La mayoría de ellos están usando la ecuación de fuerza de Newton.

Pero también puede haber posibles explicaciones desde un punto de vista microscópico. Se puede argumentar que ya que hay mucho espacio en un cuerpo. ¿Por qué no cuando empujo un cuerpo, simplemente lo atravieso en lugar de desplazarlo de su posición? No creo, la ecuación de Newton acepta esa posibilidad.

Esto se debe al principio de exclusión de Pauli , que dice que al electrón no le gusta que lo aprieten. Entonces, cuando la nube de electrones de tu mano intenta apretar con algún otro cuerpo. Obtienes repulsión. Por supuesto, también hay una buena cantidad de interacción electromagnética. Pero la única razón es el principio de exclusión.

No sé hasta qué punto estoy equivocado o en lo correcto, pero lo que pienso sobre la fuerza es que-

La fuerza es un intento de acelerar algo y cuando ese "algo" acelera y otra cosa obstruye su camino como una pelota (cuando se empuja con la mano) surge la interia, la ley fundamental, que trata de hacer que la pelota mantenga su movimiento sin cambiar. . Pero la aceleración de la mano también mueve la pelota. Podemos sentir esto como una fuerza porque somos sensibles a esto. Pero por otro lado la pelota también acelera con nuestra mano. Esa interia de bola reduce la aceleración de nuestra mano. Así que en realidad estamos tratando de acelerar nuestra mano a un ritmo más rápido de lo que realmente es. Lo que nos hace sentir esa fuerza también.

Una mano acelerando en$6m/s^2$con una masa de 5 kg tiene una tasa de cambio en el impulso =$30kg m/s^2$

Una pelota de 1 kg de masa se suma a la mano y da una masa total de 6 kg

Pero dado que el suministro de energía o la tasa de cambio de impulso sigue siendo el mismo, obtenemos aceleración =$30kg m/6kg s^2 = 5m/s^2$

Las bolas están recibiendo fuerza =$5m/s^2 × 1kg = 5N$

Reducción en la aceleración de la mano =$1m/s^2$

Fuerza sobre la mano = Reducción de la aceleración × masa de la mano =$1m/s^2 × 5kg = 5N$

Aquí la fuerza aplicada es 5M y la fuerza que se siente es 5N.

Así que aquí también está explicando por qué hay una fuerza de reacción.

Porque podemos definir la fuerza como algo a lo que se opone la inercia, que en realidad es un cambio en el movimiento. Como los objetos también tienen masa, es la masa multiplicada por la aceleración lo que lucha contra la inercia. A esto lo llamamos fuerza.