Unidades (4): Aceleración y fuerza

Seguimos con nuestro repaso a las unidades de medición más utilizadas en el mundo de la automoción. Como os prometí, hoy vamos a hablar de fuerzas. Pero para ello, es necesario primero entretenernos un poco con la aceleración.

La aceleración mide cuán rápido cambia la velocidad de un cuerpo, en este caso un automóvil. Básicamente, para calcularla lo que hacemos es tomar la variación de la velocidad y dividirla entre el tiempo que ha transcurrido. En el sistema internacional de unidades, como la velocidad se mide en m/s y el tiempo en segundos, la unidad de aceleración es el m/s2.

De hecho, muy pocas veces se da la medición de la aceleración de un vehículo. Es más común que nos den el tiempo que tarda en ponerse a 100km/h partiendo de parado. Es la medición inversa, está claro que cuanto menor sea el tiempo necesario, mayor será la aceleración.

Es posible pasar de una medición a otra, aunque supongo que no es será necesario muy a menudo. Por si acaso, yo os doy las fórmulas mágicas.

Unidades de aceleración

Otra unidad para la aceleración, del sistema CGS, es el Gal, en honor a Galileo. Surge de tomar el centrímetro como unidad para las distancias, en vez del metro. Es decir, un cuerpo sufre una aceleración de 1 Gal si en un segundo pasa del reposo a moverse con una velocidad de 1cm/s. Por lo tanto, 1 Gal equivale a 1cm/s2 = 0,01m/s2

Fuerza

En realidad, aunque usamos la palabra en nuestra vida cotidiana, el concepto de fuerza es bastante difícil de definir de forma rigurosa. Por simplificar, diremos que mide la intensidad de la interacción que se produce entre dos cuerpos. Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, al segundo le pueden pueden ocurrir los siguientes efectos:

  1. Que cambie su velocidad.
  2. Que cambie de dirección.
  3. Que se deforme.
  4. Que la fuerza en cuestión compense otras fuerzas.

En realidad, estos efectos suelen combinarse. Por ejemplo, si estiramos una plastelina por los dos extremos con la misma fuerza, esta no se mueve (las dos fuerzas se compensan), pero seguramente se deforme un poco.

Para medir una fuerza, lo que hacemos es centrarnos en el primer efecto, suponiendo que el resto son poco importantes (y, por lo tanto, no necesitamos tenerlos en cuenta). En definitiva, mediremos el cambio en la velocidad causado por la fuerza a lo largo de un intervalo de tiempo, es decir, la aceleración.

Las leyes de Newton nos dicen que la fuerza necesaria para provocar una aceleración dada es proporcional a la masa del cuerpo. Dicho de otra forma, la misma fuerza provoca menor aceleración si el cuerpo es muy masivo. Por lo tanto, la unidad de fuerza en el sistema internacional se obtiene multiplicando las unidades de masa y de aceleración, kg m/ s2.

Como veis, esta unidad es un poco difícil de pronunciar, a ver quien es el guapo que va por la vida diciendo «kilogramo metro por segundo al cuadrado«. Por eso, se le puso un apodo. Como suele pasar en estas ocasiones, se le puso el nombre del científico más prominente en la historia de las fuerzas, Isaac Newton. Así que la unidad de fuerza del S.I. es el Newton, abreviado N (en mayúscula, por ser nombre propio).

Aquí es donde aparece alguien que recuerda haber visto alguna vez una fuerza medida en «kilos». Esto es algo que ya he explicado tanto en el anterior artículo de esta mini-série de unidades, como en el post sobre la metralla. El kilogramo es una unidad de masa, no se puede utilizar para medir fuerzas.

La confusión proviene de que, por suerte o por desgracia, estamos condenados a vivir en la superficie de la Tierra. Debido a la gravedad, cada kilogramo de masa sufre una fuerza (peso) de unos 9,8N. Como este valor es constante y conocido, podemos usar la gravedad para medir la masa de un objeto (esto es lo que hacen las básculas y balanzas de toda la vida).

Por lo tanto, si nos dicen que existe una fuerza «de tantos kilogramos», lo que debemos entender es «una fuerza equivalente al peso que tienen tantos kilogramos de masa situados en la Tierra». Como decir todo esto es un tostón, a alguien se le ocurrió inventar una unidad nueva, el kilopondio (abreviado kp, en minúscula porque al parecer no hubo un señor Pondio).

Esta nueva unidad está definida de forma que el peso medio de un kilogramo, situado en el planeta Tierra a nivel del mar, es exactamente un kilopondio. Es decir, si hemos entendido todo lo dicho hasta ahora, 1kp = 9,8N. Como esto de kilopondio suena un poco raro, algunos autores prefieren llamarlo kilogramo-fuerza, kgf (no confundir con el kilogramo normal, el de masa).

Por supuesto, a los anglosajones esto del S.I. no les acaba de hacer el peso (nunca mejor dicho), y por lo tanto a menudo siguen midiendo en libras de fuerza. La abreviaremos lbf, para diferenciarla de la libra de masa. Su definición es sencilla: es la fuerza equivalente al peso medio de una libra de masa en la superficie terrestre. Es decir, unos 4,448N.

Otra unidad de fuerza, perteneciente al sistema CGS, es el dina, abreviado dyn. Es la fuerza necesaria para que una masa de un gramo acelera desde el reposo a la velocidad de 1cm/s en el intervalo de un segundo (es decir, una aceleración de 1 Gal = 1cm/s2). Como hay mil gramos en un kilo, y cien centímetros en un metro, resulta que un newton son exactamente cien mil dinas, 1N = 100 000dyn. Hoy en día, los aparatos que miden fuerzas siguen llamándose dinamómetros.

Unidades de fuerza
1kp = 1kgf = 9,80665N = 2,2046226218lbf = 980665 dyn
1N = 0,1019716213kp = 0,2248089431 lbf = 100 000dyn
1lbf = 4,44822216153N = 0,45359237kp = 444822,16153 dyn

Poco a poco, vamos desentrañando la maraña de unidades que poco a poco el sistema internacional va dejando. La semana que viene trataremos dos magnitudes muy relacionadas con la fuerza: el «torque» y la presión.

Fotos | M. Janicki, EWFTT, tompagenet

En Circula seguro | Unidades (1): Introducción y longitud
(2): Sistema internacional
(3): Velocidad y masa
(4): Aceleración y fuerza
(5): Presión y torque
(6): Volumen, energía y potencia

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