En física , una fuerza de volumen 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 de volumen. Las fuerzas de volumen contrastan con las fuerzas de contacto o 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 de volumen.
Definición
Cualitativo
Una fuerza de volumen es simplemente un tipo de fuerza, por lo que tiene las mismas dimensiones que la fuerza , [M][L][T] −2 . Sin embargo, a menudo resulta conveniente hablar de una fuerza de volumen en términos de fuerza por unidad de volumen o fuerza por unidad de masa . Si interesa la fuerza por unidad de volumen , se la denomina densidad de fuerza en todo el sistema.
Una fuerza de volumen se distingue de una fuerza de contacto en que no requiere contacto para su transmisión. Por lo tanto, las fuerzas comunes asociadas con los gradientes de presión y la transmisión de calor por conducción y convección no son fuerzas de volumen, ya que requieren contacto entre sistemas para existir.
Otros 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 parásitas ,
Las fuerzas ficticias (o fuerzas inerciales) pueden considerarse fuerzas de cuerpo. Las fuerzas inerciales comunes son:
- Fuerza centrífuga ,
- fuerza de Coriolis ,
- Fuerza de Euler (o fuerza transversal), que se produce en un sistema de referencia giratorio cuando la velocidad de rotación del sistema está cambiando.
Sin embargo, las fuerzas ficticias no son fuerzas reales. Más bien, son correcciones a la segunda ley de Newton cuando se formula en un sistema 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 manera que la integral de volumen (a través de un volumen de interés) de la misma dé como resultado la fuerza total que actúa en todo el cuerpo;
donde d V es un elemento de volumen infinitesimal y f es el campo de densidad de fuerza de cuerpo externo que actúa sobre el sistema.
Aceleración
Como cualquier otra fuerza, una fuerza de volumen provocará que un objeto acelere. Para un objeto no rígido, la segunda ley de Newton aplicada a un pequeño elemento de volumen es:
- ,
donde ρ ( r ) es la densidad de masa de la sustancia, f la densidad de fuerza y a ( r ) es la aceleración , todo en el punto r .
El caso de la gravedad
En el caso de un cuerpo en el campo gravitatorio de la superficie de un planeta, a ( r ) es casi constante ( g ) y uniforme. Cerca de la Tierra
- . [ 2 ]
En este caso simplemente
donde m es la masa del cuerpo.
Véase también
Referencias
- Fuerza