Dinámica

Introducción

Dinámica: es la rama de la física que estudia el movimiento y las fuerzas que lo producen.

Fuerza

Fuerza: interacción entre dos o más cuerpos que produce dos tipos de efectos: aceleración y deformación. Según el criterio de existencia de contacto, se clasifican en interacciones con fuerzas de contacto y fuerzas a distancia. (En realidad, no existen interacciones de contacto; puesto que, a nivel atómico, no existe contacto entre los cuerpos de ninguna naturaleza. En realidad, son campos magnéticos, eléctricos y gravitacionales).

Fuerza como magnitud

Al igual que la aceleración y la velocidad, la fuerza es una magnitud vectorial. Posee módulo, dirección y sentido. Puede ser representada mediante un vector.

—–> sentido, dirección, módulo y punto de aplicación.

Medición de las fuerzas

Se usa el dinamómetro, que consiste en un resorte. Existen varias unidades. La más importante que se usa en el S.I. es el Newton (N). Existen otras como la dina (dyn), que corresponde al sistema cegesimal, y el kilopondio (kp), que se utiliza en el sistema gravitacional.

1 N = 100.000 dyn = 10⁵

1 kp = 9,8 N

Fuerza de roce

Es una fuerza que siempre se opone al movimiento de los cuerpos. Puede ser de dos tipos: deslizante y rodante.

Fuerzas Especiales

Peso

Es la fuerza gravitacional con que un planeta o estrella atrae hacia su centro a un cuerpo. Siempre está dirigida hacia el centro de la Tierra o estrella. El peso es directamente proporcional a su masa mediante la aceleración de gravedad local del lugar donde se encuentra.

Fuerza normal

Corresponde a la fuerza de contacto que realiza una superficie sólida para impedir que un objeto sólido la atraviese. La fuerza normal siempre es perpendicular a la superficie que la ejerce.

Fuerza de roce

Es una fuerza entre dos superficies en contacto en cualquier estado de la materia. Si es sólida, el roce depende de la rugosidad de estas, y si no es sólida, depende de otros parámetros como la viscosidad y la velocidad con que una capa de fluido se desliza sobre la otra.

Hay dos tipos de fuerza de roce: según cómo se encuentre el cuerpo, en reposo o en movimiento. La fuerza de roce estático es aquella que actúa entre dos superficies que no se encuentran en movimiento relativo entre ellas (μ’s). La fuerza de roce cinético o dinámico es la que aparece cuando las dos superficies se mueven una respecto de la otra; en este caso, se aplica el coeficiente de roce cinético sobre las superficies (μ’k). El coeficiente de roce cinético es siempre menor o igual al coeficiente de roce estático.

Leyes de Newton

Isaac Newton estudió el movimiento y publicó su trabajo en uno de los libros científicos más importantes: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que con el tiempo se conoció simplemente como Principia. En él se pueden encontrar las tres leyes fundamentales de la dinámica: ley de inercia, ley de masa y ley de acción y reacción. Es por su importante contribución al conocimiento de la dinámica que la unidad del Sistema Internacional de fuerzas se llama Newton.

Ley de inercia

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.

Ley de masa

La segunda ley del movimiento de Newton dice que el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.

Ley de acción y reacción

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto. La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo.⁷ Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto. Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.