Antecedentes Antecedentes históricos. La explicación del movimiento de los cuerpos fue cambiando en la historia junto con la forma de interpretar otros fenómenos del Universo. Durante más de dos mil años, desde el siglo IV a.C. hasta bien entrado el siglo XVII d.C., el sólido cuerpo de conocimientos elaborado laboriosamente por el sabio macedonio Aristóteles Aristóteles (384-322 a.C.) dominó la forma de pensar en el mundo occidental. La forma en que Aristóteles obtuvo sus conocimientos, consistió básicamente en observar y razonar sobre lo observado, pero, menospreciando las actividades experimentales que podrían ayudarle a responder racionalmente a muchas de las preguntas que le planteaba la naturaleza, cometió algunos errores conceptuales, ya históricos. Para Aristóteles existían dos tipos de movimientos: movimientos: el movimiento natural y el movimiento violento. El movimiento natural podía ser hacia arriba o hacia abajo en la Tierra, en donde los cuerpos pesados (como una piedra) tendían naturalmente a ir hacia abajo, y los cuerpos livianos (como el humo) tendían naturalmente a ir hacia arriba. Esto ocurría así porque los objetos buscaban sus lugares naturales de reposo y, por ser movimientos naturales, no estaban provocados por ninguna fuerza. El movimiento violento era un movimiento impuesto, originado por la acción de fuerzas que actuaban sobre un cuerpo: tiraban o empujaban. Los cuerpos en su estado natural de reposo no podían moverse por sí mismos, sino que era necesario aplicarles una fuerza (empujarlos o tirarlos) para que se muevan. Durante dos siglos la idea de que la Tierra estaba en su lugar natural de reposo fue muy aceptada y, ya que ponerla en movimiento requería de una enorme fuerza, lo más lógico era pensar que la Tierra no se movía, sino que el resto del universo se movía alrededor de ella. De esta manera, el Sol era el que giraba alrededor de la Tierra. En plena edad media un astrónomo, Copérnico (1473 Copérnico (1473 –1543), –1543), se atrevió a decir que la idea de Aristóteles de que la Tierra era el centro del Universo no era correcta, sino que era la Tierra la que giraba alrededor del Sol. En el siglo XVI, Galileo Galilei (1564-1642) Galilei (1564-1642) fue el primero en adoptar las locas ideas de Copérnico. Demostró que la idea de que la Tierra gira alrededor del Sol era razonable y que no se requería de una enorme fuerza para mantenerla en movimiento. Lo importante era saber cómo se movían los cuerpos, no por qué se movían. Cuando dos cuerpos resbalan uno sobre el otro, actúa una fuerza denominada fricción, la cual se debe a las irregularidades de las superficies de los cuerpos que se deslizan. Si esta fuerza no existiera, los cuerpos estarían en continuo movimiento. Galileo demostró que solamente cuando hay fricción se necesita de una fuerza para mantener a un cuerpo en movimiento, y estableció que todo cuerpo material presentaba resistencia a cambiar su estado de movimiento, siendo esta resistencia la inercia. Este concepto de inercia se contraponía con la idea de movimiento de Aristóteles. Para mantener a la Tierra Moviéndose alrededor del Sol es necesaria una fu erza (gravitación), no es necesaria ninguna fuerza extra para que conserve su movimiento, ya que en el espacio del Sistema Solar no hay fricción porque hay vacío. En el caso de un cuerpo que s e mueva en caída libre con un mo vimiento rectilíneo, Aristóteles creía que los objetos más pesados caían más rápido que los ligeros. Para Galile o la aceleración de ese cuerpo no dependía de l a masa del mismo, y esta idea constituía un cambio en el mundo de la Física, por oponerse a la idea de Aristóteles. Galileo fue el primero que demostró la improbabilidad del punto de vista de Aristóteles. Para ello, realizó el siguiente experimento mental. Dos piedras, una pesada y otra ligera, caen libremente desde la misma altura. La más pesada, según Aristóteles, cae más de prisa que la ligera. Pero, ¿qué pasaría si las dos piedras est uvieran amarradas? ¿Frenaría la más ligera a la más pesada para que cayeran las dos más despacio? ¿O las dos juntas funcionarían como un objeto más pesado, cayendo más rápido? Más aún, si las piedr as no estuvieran amarradas, sino sólo conectadas por una cuerda, ¿entonces las piedras “sabrían” que están conectadas y, en consecuen cia, caerían más rápido o máslento? Por supuesto que ninguna de estas respuestas tienen sentido. Ningún objeto puede atrasar o acelerar l a caída de otro objeto y ningún o bjeto puede conocer cuando está conectado con otro. Galileo inició la construcción de una nueva cie ncia, la ciencia del movimiento. Su trabajo permitió describir de un modo rigu roso y con la ayuda de las matemáticas los movimientos producidos por la acción del peso. Gracias a su habilidad experimental, pudo realizar bajo condiciones controladas observaciones en el laboratorio y dar forma numérica a las regularidades observadas. Sobre la base de los resultados parci ales conseguidos por Galileo Galilei, Isaac Newton (1642-1727) hizo de la dinámica un ejemplo de teoría física. La dinámica es el estudio del movimiento atendiendo a sus orígenes, las fuerzas. Se trata no sólo de describir el movimiento (cinemática), sino también de explicarlo. Sus fundamentos son los tres principios o leyes de Newton y su aplicación permite explicar, de sde el movimiento de un simple cuerpo que cae e n el vacío, hasta el porqué de las órbitas de los planetas en su traslación alrededor del Sol. Newton estableció las relaciones existentes entre f uerzas y movimientos, completó la fundamentación de la dinámica y fue capaz de explicar no sólo los movimientos terrestres, sino también los de los cuerpos celestes. La teoría de la gravitación estudi a la naturaleza de las fuerzas asociadas co n los cuerpos; son fuerzas atractivas y c entrales, es decir, actúan según la recta que determinan sus respectivos centros. Newton estableció la variación cuantitativa de esta f uerza. DINAMICA
"Parte de la mecánica que trata de las leyes del movimiento en relación con las fuerzas que lo producen" La dinámica es la ciencia que estudia las fuerzas como productoras de movimientos. Se fundamenta en tres principios intuidos por Galileo y enunciados por Newton.
Leyes de Newton. Todo el Universo se encuentra en constante movimiento, y la cinemática se encarga de estudiar el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y el ti empo transcurrido en cualquier movimiento. En todos estos casos, no nos hemos preguntado las causas de dichos movimientos. En este bloque, abordaremos algunos aspectos básicos de la dinámica, que como sabemos, analiza las causas que originan el movimiento de los cuerpos. Sabemos que una manzana cae con cierta aceleración y podemos calcular su velocidad y altura en cualquier tiempo que deseemos, pero ¿por qué cae la manzana? ¿Cuál es la causa de su movimiento? ¿Qué sucede al patear un balón de fútbol, para que éste se mueva? ¿Sucede algo similar cuando el portero detiene el balón? En Física, a la causa del movimiento de un objeto se le llama “fuerza”. Para que un objeto se mueva, hay que aplicarle una fuerza. Pero también para detenerlo hay que aplicar una fuerza. Más aún, si el objeto ya lleva cierta velocidad y la incrementamos o la disminuimos, también actúa una fuerza. Una característica importante de las fuerzas es que involucran por lo menos a dos cuerpos, por ejemplo: el futbolista y el balón, la manzana y la tierra. Entonces las fuerzas son interacciones entre dos o más cuerpos. En los casos como el del futbolista, que existe contacto físico entre el que ejerce la fuerza y el que la recibe, las fuerzas se llaman “fuerzas de contacto”. La mayoría de las fuerzas que vemos a diario son de contacto: empujar un objeto, abrir una puerta, levantar una caja, etc. En los casos como el de la manzana que cae, en que los dos cuerpos interactúan sin que exista contacto entre ellos, las fuerzas se llaman “fuerzas de acción a distancia”. Otros ejemplos de fuerzas de acción a distancia son: un imán que atrae un clavo; un peine de plástico, usado en cabello seco, que atrae pequeños pedazos de papel. Fuerzas fundamentales. Las fuerzas de la naturaleza, de acuerdo a su origen y características, se clasifican en cuatro: 1. Fuerza gravitacional. Se produce debido a la atracción que experimentan cualquier par de objetos en el Universo, en función de su masa y la distancia que los separa. 2. Fuerza electromagnética. Es la fuerza q ue mantiene unidos a los átomos y moléculas de cualquier sustancia. Se p roducen por medio de las cargas eléctricas. Esta fuerza es más grande que la gravitatoria. 3. Fuerza nuclear fuerte. Es la que mantiene unidos los componentes del núcleo atómico y se cree que son producidas por unas partículas llamadas mesones. Esta fuerza en más fuerte que la electromagnética y tiene muy corto alcance. 4. Fuerza Nuclear débil. Se presenta en partículas subatómicas durante algunos procesos de descomposición radiactivos y es más fuerte que la fuerza gravitacional, pero más débiles que la electromagnética. Si alguien nos pide que empujemos una silla, inmediatamente preguntamos ¿hacia dónde?, es decir, ¿en qué dirección? Por lo tanto, la fuerza es una cantidad física de carácter vectorial, es decir, tiene magnitud, dirección y sentido y se representa gráficamente por medio de una flecha. Sobre un cuerpo pueden actuar una o más fuerzas. Si se hace la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre un objeto, obtendremos la fuerza resultante o “fuerza neta”. Puede darse el caso de que al sumar las fuerzas sobre un objeto, resulte una fuerza neta igual a cero, por ejemplo, cuando una persona empuja una caja hacia la derecha y otra persona empuja la misma caja hacia la izquierda, con una fuerza de la misma magnitud. En estos casos, decimos que las fuerzas es tán “balanceadas”, es decir, contrarrestadas, o lo que es lo mismo, la fuerza neta es igual a cero. Una fuerza es una cantidad vectorial que, ejercida por un cuerpo sobre Otro, le produce cambios en su estado de movimiento o en su forma Concepto de fuerza, tipos de ella y peso de los cuerpos En la naturaleza todos los cuerpos interactúan con otros cuerpos de su entorno. Debido a esas interacciones entre los cuerpos, puede oc urrir que cambien la forma en que se mueven, o bien que, sin que resulten afe ctados sus movimientos, cambien sus dimensiones o sus formas. Se dice en esos casos, que se ha ejercido una fuerza. La fuerza aplicada por este hombre sobre el carro minero puede ponerlo en movimiento, detenerlo, o hacerlo moverse de una forma diferente. Considerando lo anterior, decimos que: Una fuerza es una cantidad vectorial que, ejercida por un cuerpo sobre otro, le produce cam bios en su estado de movimiento o en su forma. Menciona cinco ejemplos de tu vida cotidiana en los que la fuerza genere un c ambio de movimiento y c inco ejemplos en los que la fuerza produzca una deformación del cuerpo en el que actúa. Compara con tus compañeros en clase.
