Fuerzas mecánicas
Una fuerza mecánica es un empujón o un tirón que un cuerpo ejerce sobre otro. Es una magnitud vectorial, por lo que se caracteriza por su módulo (cuánto empuja o tira, medido en newtons), su dirección (la recta sobre la que actúa) y su sentido (hacia qué lado de esa recta apunta). Toda fuerza implica siempre dos cuerpos: un agente que la ejerce (la Tierra, una mano, una cuerda, un muelle) y un cuerpo receptor sobre el que actúa; además, se aplica en un punto concreto y a lo largo de una línea de acción. Su efecto puede ser deformar el cuerpo receptor o cambiar su estado de movimiento. La unidad de fuerza es el newton (N), definido como la fuerza que proporciona a 1 kg una aceleración de 1 m/s².
Las fuerzas se representan con flechas o vectores: la punta indica el sentido, la longitud representa el módulo y el trazo sigue la línea de acción desde el punto de aplicación. Cuando varias fuerzas actúan con ángulos distintos, se descomponen en dos direcciones perpendiculares (por ejemplo horizontal y vertical) mediante las componentes Fx = F·cos θ y Fy = F·sen θ; así cada fuerza se convierte en dos empujones sencillos que se analizan por separado. Esta descomposición es la base para aplicar las condiciones de equilibrio.
Las fuerzas mecánicas se clasifican según su origen. Las fuerzas de contacto requieren que los cuerpos se toquen: la fuerza normal (N) es el empuje perpendicular que hace una superficie sobre el cuerpo apoyado; la fuerza de rozamiento (f) se opone al deslizamiento o a la tendencia de deslizarse, con valor máximo fe,máx = μs·N en estática y valor fijo fc = μc·N cuando el cuerpo ya se desliza; la tensión (T) es el tirón que transmite una cuerda, cable o cadena, dirigido a lo largo de ella y hacia su interior; y la fuerza elástica (Fe = k·x) es el tirón o empuje de un muelle deformado que intenta volver a su longitud natural, donde k es la constante elástica y x la deformación. La fuerza a distancia por excelencia es el peso (P = m·g), la atracción de la Tierra sobre un cuerpo, dirigida verticalmente hacia el centro del planeta; conviene distinguirlo de la masa, ya que la masa no cambia mientras que el peso depende de la gravedad del lugar.
Para estudiar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se usa el diagrama de cuerpo libre: se aísla el cuerpo y se dibujan sobre él todas las fuerzas externas (peso, normales, tensiones, rozamientos y fuerzas aplicadas). Después se eligen ejes y se proyecta cada fuerza. En estática el cuerpo permanece en reposo o se mueve con velocidad constante, de modo que la fuerza resultante es nula: ΣF = 0, lo que se traduce en ΣFx = 0 y ΣFy = 0. Si la resultante no es cero, el cuerpo se acelera en la dirección de dicha resultante. El dominio de estas ideas permite resolver problemas como calcular el peso de un cuerpo, la fuerza normal de un plano, el rozamiento máximo antes del deslizamiento o la tensión de una cuerda en equilibrio.