1.- RESEÑA HISTÓRICA SOBRE LA FUERZA Y EL MOVIMIENTO El movimiento se refiere al cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por un observador físi físico co.. Un po poco co más más gene general ralme ment ntee el cambio cambio de ubicación puede verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el cambio de dicho estado físico. La descripción del movimiento de los cuerpos físicos se denomina cinemátic (que sólo se ocuparía de las propiedades 1 ! anteriores". Esta disciplina pretende describir el modo en que un determinado cuerpo se mueve qu# propiedades tiene dicho movimiento. La física clásica nació estudiando la cinemática de cuerpos rígidos. $osteriormente el estudio de las causas que producen el movimiento las relaciones cuantitativas entre los agentes que causan el movimiento el movimiento observado llevó al desarrollo de la mecánic (%riego (%riego &')*+ &')*+- de latín mechanica o arte de construir máquinas" que es la rama de la física que física que estudia anali/a el movimiento reposo de los cuerpos, su evolución en el tiempo, ba0o la acción de fuer/as fuer/as agentes que pueden alterar el estado de movimiento. La mecánica teórica fue durante los siglos 233, 2333 principios del siglo 3, la disciplina de la física que alcan/ó maor abstracción matemática fue una fuente de me0ora del conocimiento científico del mundo. La mecánica aplicada está usualmente relacionada con la ingeniería. 4mbos puntos de vista se 0ustifican parcialmente a que, si bien la mecánica es la base para la maoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico tan empírico como #stas , en cambio, por su rigor ra/onamiento deductivo, deductivo, se parece más a la matemática. 5urante el siglo la aparición de nuevos hechos físicos, tanto la consideración de cuerpos cuerpos físicos físicos movi#n movi#ndose dose a veloci velocidad dades es cercana cercanass a lave la velo loci cida dadd de la lu/ lu/ como el movim movimient ientoo de las partícu partículas las subatóm subatómica icas, s, llevaro llevaronn a la formula formulació ciónn de teoría teoríass más abstractas como la mecánica relativista relativista la mecánica mecánica cuántica cuántica que que seguían interesándose por la evolución en el tiempo de los sistemas físicos, aunque aunq ue de una manera más abstracta general de lo había hecho la mecánica clásica, cuo ob0etivo era básicamente cuantificar el cambio de posición en el espacio de las partículas a lo largo del tiempo los agentes responsables de dichos cambios.
!.- "UE ES LA #IN$MICA Es la rama de la física que física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en rela relaci ción ón con con las las caus causas as que que prov provoc ocan an los los camb cambio ioss de estado estado físico físico 6o esta estado do de movimiento. El ob0etivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alterac alteracion iones es de un sistema físico, cuant físico, cuantifi ificarl carlos os plante plantear ar ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, clásicos, relativistas o cuánticos", cuánticos", pero tambi#n en la termodinámica electrodinámica. En electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.
%.-INTERACCIÓN& Es una acción recíproca entre dos o más ob0etos, sustancias, personas o agentes. 7eg8n su campo de aplicación, el t#rmino puede referirse a9 En física, En física, frecuentemente usado como sinónimo de fuer/a fuer/a,, las cuatro interacciones fundamentales entre fundamentales entre partículas, a saber9 La interacción gravitatoria, gravitatoria, La interacción electromagn#tica, electromagn#tica, La interacción nuclear fuerte La interacción nuclear d#bil. d#bil.
'.- "UE ES FUERZA es una magnitud vectorial vectorial que mide la intensidad intensidad del intercambio intercambio de momento lineal entre dos partículas dos partículas o o sistemas de partículas . partículas . 7eg8n una definición clásica, fuer/a es todo agente capa/ de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. :o debe confundirse.
(.- ELEMENTO #E UNA FUERZA Una fuer/a consta de cuatro elementos a saber9 1. $unto de aplicación9 Lugar o punto material donde se aplica la fuer/a. !. 5irección. Es la recta seg8n la cual tiende la fuer/a a trasladar su punto de aplicación. ;. 7entido. Es uno de los dos puntos posibles de seguir en la misma dirección, marcado por una flecha.
<. 3ntensidad o magnitud. Es la medida de su eficacia. 5inamómetro. Es un instrumento que aprovecha la deformación de los cuerpos para medir la fuer/a que le es aplicada.
).- RE*RESENTACIÓN +RAFICAS #E UNA FUERZA El efecto que produce una fuer/a sobre un cuerpo depende de la magnitud, dirección sentido en que se aplica= por tanto, debe reconocerse que la fuer/a, lo mismo que el despla/amiento la velocidad, es una magnitud física vectorial. Esto se representa por medio de flechas, cuo tama>o es proporcional a la magnitud de la fuer/a, su orientación se>ala la dirección el sentido. Las fuer/as se representan dibu0ando flechas sobre el cuerpo en el que act8an, por e0emplo, la fuer/a que se aplica al empu0ar un barril.
$ara simplificar la representación de las fuer/as, es conveniente dibu0ar un sistema de coordenadas cuo origen se localice en el centro del ob0eto que recibe la acción, dibu0ar las fuer/as que act8an sobre #l desde ese punto9
El ángulo de inclinación (?" de cada flecha con respecto al e0e de las abscisas indica claramente la dirección el sentido de las fuer/as aplicadas. @uando varias fuer/as act8an al mismo tiempo sobre un cuerpo, la acción de todas ellas es equivalente a la de una sola fuer/a resultante o fuer/a total. $or e0emplo, si dos personas empu0an un ba8l con fuer/as id#nticas, la fuer/a resultante tendrá la misma dirección sentido, pero el doble de magnitud9
7i las fuer/as que se aplican tienen sentidos contrarios, la fuer/a total es cero, aunque el ba8l puede deformarse, no se despla/ará.
$ara obtener la fuer/a resultante, puede aprovecharse la representación gráfica mediante flechas. El primer paso es identificar todas las fuer/as que act8an sobre el ob0eto representarlas en magnitud, dirección sentido a partir del origen.
$ara obtener la fuer/a resultante, puede aprovecharse la representación gráfica mediante flechas. El primer paso es identificar todas las fuer/as que act8an sobre el ob0eto representarlas en magnitud, dirección sentido a partir del origen.
Esta operación se repite con las demás flechas, colocándolas siempre al final de la 8ltima flecha elegida. La fuer/a resultante está representada por la flecha que se tra/a desde el origen hasta la punta de la 8ltima flecha dibu0ada
,.- FUERZAS E"UILIBRA#A& es la fuer/a que cuando se aplica no produce deformaciones en los cuerpos ni cambios de estado en el movimiento o reposo de los cuerpos. .- FUERZA NO E"UILIBRA#A& es la fuer/a que cuando se aplica produce deformaciones en los cuerpos o cambios de estado en el movimiento o reposo de los cuerpos. .- FUERZA #E INTERACCIÓN& Es un vocablo que describe una acción que se desarrolla de modo recíproco entre dos o más organismos, ob0etos, agentes, unidades, sistemas, fuer/as o funciones. En el campo de la física, se distinguen cuatro tipos de interacciones fundamentales entre las partículas9 la nuclear fuerte, la nuclear d#bil, la electromagn#tica la gravitatoria. Esta 8ltima es sin duda la más conocida ( eAperimentada" por todos. $ara la @iencia es tambi#n la más enigmática, a que afecta a todos los cuerpos, a8n a aquellos sin carga o sin masa, como es el caso del fotón.
1/.- TI*OS #E FUERZA #E INTERACCIÓN 1.- FUERZA #E +RAVE#A#& esta clase de fuer/a es aquella producida entre los ob0etos con masa. Es decir, todo elemento compuesto de la misma eAperimenta la fuer/a gravitatoria, a pesar de ser la más d#bil de las cuatro. 5icha fuer/a, además, es la causante de los grandes movimientos llevados a cabo en el universo, como son la órbita de la luna alrededor de la tierra de los planteas alrededor del sol. La fuer/a de gravedad logra que toda materia dotada de energía interaccione entre sí.
!.- FUERZA #E MA+N0TICA&
Es una interacción eAperimentada entre partículas que cuentan con carga el#ctrica. $or un lado, encontramos la fuer/a electroestática, la cual act8a sobre cargas en reposo= por otro se observan las fuer/as el#ctrica magn#tica, las cuales interaccionan entre cargas que están en movimiento uno respecto a otra. Es d#bil su alcance, al igual que la fuer/a anterior, es infinito.
%.- FUERZA EL0CTRICA& tambi#n son de acción a distancia, pero a veces la interacción entre los cuerpos act8a como una 2e34 t3cti5 mientras que, otras veces, tiene el efecto inverso, es decir puede actuar como una fuer/a repulsiva.
'.- FUERZA NUCLEAR& Es aquella fuer/a que tiene origen eAclusivamente en el interior de los n8cleos atómicos. EAisten dos fuer/as atómicas, la fuer/a fuerte que act8a sobre los nucleones la fuer/a d#bil que act8a en el interior de los mismos. EAisten dos tipos de fuer/as nucleares de entre las cuatro fuer/as de la naturale/a, la fuer/a nuclear fuerte la fuer/a nuclear d#bil. En los 8ltimos a>os se ha conseguido unificar la fuer/a nuclear d#bil con la fuer/a electromagn#tica, originando así la fuer/a conocida como fuer/a electro d#bil. Estas cuatro fuer/as pueden eAplicarse mediante la mecánica a diferencia de la fuer/a gravitatoria que solo puede eAplicarse mediante la teoría de la relatividad general.
(.- FUERZA #E COHESIÓN& 7on las fuer/as que atraen mantienen unidas las mol#culas. Es la acción o la propiedad de las mol#culas, de cómo se pegan entre sí, siendo fuer/as de carácter atractivo. Esta es una propiedad intrínseca de una sustancia que es causada por la forma la estructura de sus mol#culas que hace que la distribución de los electrones en órbita irregular cuando las mol#culas se acercan la una a la otra, creando atracción el#ctrica que pueden mantener una estructura macroscópica tal como una gota de agua. En otras palabras, la cohesión permite a la tensión superficial, la creación de un estado condensado. El mercurio eAhibe más cohesión que adhesión al vidrio.
El mercurio, por e0emplo, es fuertemente cohesiva a que cada mol#cula puede hacer cuatro enlaces de hidrógeno con otras mol#culas de agua en una configuración tetra#drica. Esto resulta en una fuer/a de @oulomb relativamente fuerte entre las mol#culas. @ohesión, 0unto con la adhesión (atracción entre distintas mol#culas", auda a eAplicar fenómenos tales como el menisco, la tensión superficial la capilaridad.
).- FUERZA #E A#HESIÓN& Es la propiedad de la materia por la cual se unen plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, se mantienen 0untas por fuer/as intermoleculares. La adhesión ha 0ugado un papel mu importante en muchos aspectos de las t#cnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento" es un e0emplo claro. La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuer/a de atracción entre partículas adacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
,.- FUERZA CENTR6FU+A& Es una fuer/a ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuer/a aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra en un sistema de referencia giratorio.
.- FUERZA CENTR6*ETA& 7e llama fuer/a centrípeta a la fuer/a, o al componente de la fuer/a que act8a sobre un ob0eto en movimiento sobre una traectoria curvilínea, que está dirigida hacia el centro de curvatura de la traectoria.
.- FUERZA CONTINUAS& Es
aquella
que
tiene
un
valor
Empu0as una mesa con una fuer/a de B :.
1/.- FUERZA IM*ULSIVA&
constante
a
lo
largo
del
tiempo
La fuer/a que act8a sobre un cuerpo por un tiempo mu corto, pero produce un gran cambio en el impulso del cuerpo se llama una fuer/a impulsiva.
11.- FUERZA #E ACCIÓN Y REACCIÓN& 1!.- FUERZA #EFLECTORA& La fuer/a que se opone al movimiento, se llama CUED4 DE737FE:FE. La fuer/a resistente es una fuer/a, o la resultante de varias, que act8a en la dirección del movimiento,
pero
en
sentido
opuesto
a
#ste,
disminuendo
la
rapide/.
Lo contrario sería la fuer/a motri/, que es la resultante que act8a en la dirección sentido del movimiento, o encima de un cuerpo en reposo, haciendo que aumente la rapide/. 7i la fuer/a resultante se mantiene constantemente perpendicular al movimiento, no modifica la rapide/, pero sí la dirección9 es la fuer/a deflectora. La fuer/a magn#tica deflectora es la 8nica fuer/a importante que act8a sobre los electrones, esta fuer/a tiene dos propiedades que afectan a las traectorias de las partículas cargadas9 (1" no cambia la velocidad de las partículas, (!" siempre act8a perpendicularmente a la velocidad de las partículas.
1%.- FUERZA #E ROCE O FRICCIÓN 7e define como fuer/a de 374mient7 o fuer/a de 3icci8n, a la fuer/a entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies ( fuerza de fricción dinámica" o a la fuer/a que se opone al inicio del desli/amiento ( fuerza de fricción estática". 7e genera debido a las imperfecciones, maormente microscópicas, entre las
superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuer/a perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo G con la normal N (el ángulo de ro/amiento". $or tanto, la fuer/a resultante se compone de la fuer/a normal N (perpendicular a las superficies en contacto" de la fuer/a de ro/amiento F, paralela a las superficies en contacto.
1'.- FUERZA #E TENSIÓN&
Es una acción que puede modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo= por lo tanto, puede acelerar o modificar la velocidad, la dirección o el sentido del movimiento de un cuerpo dado. La tensión, por su parte, es el estado de un cuerpo sometido a la acción de fuer/as opuestas que lo atraen. 7e conoce como fuer/a de tensión a la fuer/a que, aplicada a un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión= este 8ltimo concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama del conocimiento desde la cual se analice. 11.H UNI#A#ES #E FUERZAS En el 7istema 3nternacional de Unidades (73" en el @egesimal (cgs", el hecho de definir la fuer/a a partir de la masa la aceleración (magnitud en la que intervienen longitud tiempo", conlleva a que la fuer/a sea una magnitud derivada. $or el contrario, en el 7istema F#cnico la fuer/a es una Unidad Cundamental a partir de ella se define la unidad de masa en este sistema, la unidad t#cnica de masa, abreviada u.t.m. (no tiene símbolo". Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, eApresado en el concepto de fuer/as fundamentales, se ve refle0ado en el 7istema 3nternacional de Unidades. •
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7istema 3nternacional de Unidades (73" neIton (N" 7istema F#cnico de Unidades JilogramoHfuer/a (9: " o Jilopondio (9;" 7istema @egesimal de Unidades dina (<=n" 7istema anglosa0ón de unidades
•
$oundal
•
Libra fuer/a (>? "
•
K3$ ( 1MMM lbf "
E@2i5>enci
1 neIton 1MM MMM dinas 1 JilogramoHfuer/a N,OMP PQ neItons 1 libra fuer/a R <,<
#YNA9
Una dna (de símbolo dn" es la unidad de fuer/a en el 7istema @%7 (centímetro, gramo, segundo". Equivale a 1M HQ : o, lo que es lo mismo, la fuer/a que aplicada a una masa de un gramo le comunica una aceleración de un centímetro en cada segundo al cuadrado o gal. Es decir9 1 dn 1 gScm6sT 1MQ JgSm6sT 1MHQ : 1 : 1 KgSm6sT 1MQ gScm6sT 1MMMMM dn Fradicionalmente, los dina6centímetro se han usado para medir tensiones superficiales.
NETON&
Es la unidad de fuer/a en el 7istema F#cnico de Unidades. Es una de las tres unidades fundamentales de este sistema= las otras dos son el metro (longitud" el segundo(tiempo". Un neIton (pronunciada /niúton/ "
o neutonio o neutón (símbolo9 N"
es
la
unidad
de fuer/a en el 7istema 3nternacional de Unidades, nombrada así en reconocimiento a 3saac :eIton por su aporte a la física, especialmente a la mecánica. En 1N
ILO*ON#IO&
es la fuer/a e0ercida sobre una masa de 1 Jg masa (seg8n se define en el 7istema 3nternacional" por la gravedad estándar en la superficie terrestre, esto es N,OMPPQ m6s!.
En definitiva, el JilogramoHfuer/a (o Jilopondio" es lo que pesa una masa de 1 Jg en la superficie terrestre, eApresión poco utili/ada en la práctica cotidiana. :unca oiremos decir9 Wo peso BM Jilopondios o JilogramosHfuer/aW (que sería lo correcto si utili/amos el 7istema F#cnico de Unidades" o9 Wo peso POP neItonsW (si utili/amos el 7istema 3nternacional", sino que lo com8n es decir9 Wo peso BM Jilogramos o JilosW (donde kilogramo es la unidad de masa del 73", a pesar de que, en realidad, nos estamos refiriendo a JilogramosHfuer/a, no a Jilogramos de masa. En lo anterior, debemos interpretar
a
la
eApresión D9i>7D como
acortamiento
coloquial
de JilogramosH
fuer/a o Jilopondios, a que estamos hablando de un peso= es decir, de una fuer/a no de una masa.
1!.- E"UIVALENCIA ENTRE UNI#A#ES #E FUERZA. El valor estándar de la gravedad (g" terrestre es de N,OMPPQ m6sT. Entonces ( de acuerdo con la 7egunda Le de :eIton9 fuer/a masa X aceleración", tendremos9 1 Jp 1 Jgf 1 Jg X N,OMPPQ m6sT N,OMPPQ Jg m6s! N,OMPPQ : de modo que 1 JilogramoHfuer/a o Jilopondio equivale a N,OMPPQ neItons. El JilogramoHfuer/a o Jilopondio (7istema F#cnico" representa el peso de una masa de 1 Jg (7istema 3nternacional" en la superficie terrestre. Esta circunstancia ha dado lugar a cierto desconcierto que parte de la confusión inicial entre los conceptos de peso masa. 5estaquemos un e0emplo9 en la Luna ese mismo Jg de masa va a pesar solamente M,1PPP Jilopondios o JilogramosHfuer/a (ó 1,P;< neItons si usamos el 73", a que la gravedad lunar es la seAta parte de la gravedad terrestre. •
1 Jg masa (7.3." es igual a M,1M! u.t.m. (7.F.U.".
•
4demás, el Jg de masa pesa9
•
en la Fierra9 1 Jilopondio o JilogramoHfuer/a (7.F.U.", o N,OMPPQ neItons
(73". en la Luna9 M,1PPP Jilopondios o JilogramosHfuer/a (7.F.U.", o 1,P;< neItons (73".
•
7in embargo, su masa permanecerá invariable9 1 Jg masa (73" ó M,1M! u.t.m. (7.F.U.", tanto en la Fierra como en la Luna u otro lugar.
1%.- LA MASA #E UN CUER*O& es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el n8mero clase de las partículas que lo forman. 7e mide en Jilogramos (Jg" tambi#n en gramos, toneladas, libras, on/as,...
1'.- EL *ESO #E UN CUER*O& es la fuer/a con que lo atrae la Fierra depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa tambi#n el doble. 7e mide en :eItons (:" tambi#n en JgHfuer/a, dinas, librasHfuer/a, on/asHfuer/a,... El Jg es por tanto una unidad de masa, no de peso. 7in embargo, muchos aparatos utili/ados para medir pesos (básculas, por e0emplo", tienen sus escalas graduadas en Jg en lugar de JgHfuer/a. Esto no suele representar, normalmente, ning8n problema a que 1 JgH fuer/a es el peso en la superficie de la Fierra de un ob0eto de 1 Jg de masa. $or lo tanto, una persona de PM Jg de masa pesa en la superficie de la Fierra PM JgHCuer/a. 7in embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 1M JgHfuer/a, aunque su masa seguiría siendo de PM Jg.
1(.- *ESO #E UN CUER*O. Es una medida de la fuer/a gravitatoria que act8a sobre un ob0eto.1 El peso equivale a la fuer/a que e0erce un cuerpo sobre un punto de apoo, originada por la acción delcampo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. $or ser una fuer/a, el peso se representa como un vector , definido por su módulo, dirección sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo dirigido aproAimadamente hacia el centro de la Fierra.
1).- #IFERENCIA ENTRE MASA Y *ESO La m&
lugar de JgHfuer/a. Esto no suele representar, normalmente, ning8n problema a que 1 JgH fuer/a es el peso en la superficie de la Fierra de un ob0eto de 1 Jg de masa. $or lo tanto, una persona de PM Jg de masa pesa en la superficie de la Fierra PM JgHCuer/a. 7in embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 1M JgHfuer/a, aunque su masa seguiría siendo de PM Jg.
1,.- INERCIA& es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras la fuer/a sea igual a cero, o la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. @omo consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no ha una fuer/a actuando sobre #l.
1.- LEY #E HOOE& La >e=
tici<< e=
7iendo el alargamiento, la longitud original, 9 módulo de Young, la sección transversal de la pie/a estirada. La le se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico. Esta le recibe su nombre de Dobert ZooJe, físico británico contemporáneo de 3saac :eIton, contribuente prolífico de la arquitectura. Esta le comprende numerosas disciplinas, siendo utili/ada en ingeniería construcción, así como en la ciencia de los materiales. 4nte el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, ZooJe lo publicó en forma de un famoso anagrama,ceiiinosssttuv, revelando su contenido un par de a>os más tarde. El anagrama significa Ut tensio sic vis (Wcomo la eAtensión, así la fuer/aW". La forma más com8n de representar matemáticamente la Ley de Hooke es mediante la ecuación del muelle o resorte, donde se relaciona la fuer/a e0ercida en el resorte con la elongación o alargamiento producido9 5onde se llama constante elástica del resorte es su elongación o variación que eAperimenta su longitud.
La energía de deformación o energía potencial elástica resorte viene dada por la siguiente ecuación9
asociada al estiramiento del
Es importante notar que la antes definida depende de la longitud del muelle de su constitución. 5efiniremos ahora una constante intrínseca del resorte independiente de la longitud de este estableceremos así la le diferencial constitutiva de un muelle. Vultiplicando por la longitud total, llamando al producto o intrínseca, se tiene9
Llamaremos a la tensión en una sección del muelle situada una distancia A de uno de sus eAtremos que tomamos como origen de coordenadas, a la constante de un peque>o tro/o de muelle de longitud a la misma distancia al alargamiento de ese peque>o tro/o en virtud de la aplicación de la fuer/a . $or la le del muelle completo9
Fomando el límite9
[ue por el principio de superposición resulta9
[ue es la ecuación diferencial del muelle. 7i se integra para todo , se obtiene como ecuación de onda unidimensional que describe los fenómenos ondulatorios (2er9 Vuelle elástico". La velocidad de propagación de las vibraciones en un resorte se calcula como9
1.- LEYES #E LA #IN$MICA
*3ime3 >e= e= ine3cia
La primera le del movimiento rebate la idea aristot#lica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuer/a. :eIton eApone que9
Fodo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuer/as impresas sobre La formulación original en latín de :eIton de esta le fue9 Esta le postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, a sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuer/a o una serie de fuer/as cuo resultante no sea nulo sobre #l. :eIton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuer/as 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 eAclusivamente a si se e0ercía sobre ellos una fuer/a, pero nunca entendiendo como está a la fricción. En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no eAiste ninguna fuer/a eAterna neta o, dicho de otra forma= un ob0eto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuer/a sobre #l. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha e0ercido una fuer/a neta. La primera le de :eIton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como 7istemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no act8a ninguna fuer/a neta se mueve con velocidad constante. En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre ha alg8n tipo de fuer/as actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuvi#semos en un sistema inercial. En muchos casos, por e0emplo, suponer a un observador fi0o en la Fierra es una buena aproAimación de sistema inercial. Lo anterior porque a pesar que la Fierra cuenta con una aceleración trasnacional rotacional estas son del orden de M.M1 m6s\! en consecuencia podemos considerar que un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.
LEY #E LA MASA O LEY FUN#AMENTAL #E LA #IN$MICA O SE+UN#A LEY #E NETON
Se:2n< >e= e=
Esta le eAplica qu# ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cua masa no tiene por qu# ser constante" act8a una fuer/a neta9 la fuer/a modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios eAperimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuer/a motri/ se desarrollan en la dirección de esta= las fuer/as son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. @onsecuentemente, ha relación entre la causa el efecto, la fuer/a la aceleración están relacionadas. 5icho sint#ticamente, la fuer/a se define simplemente en función del momento que se aplica a un ob0eto, con lo que dos fuer/as serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del ob0eto. En t#rminos matemáticos esta le se eApresa mediante la relación9
5onde9 es el momento lineal la fuer/a total o fuer/a resultante. 7uponiendo que la masa es constante que la velocidad es mu inferior a la velocidad de la lu/O la ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera9 7abemos que es el momento lineal, que se puede escribir m.2 donde m es la masa del cuerpo V su velocidad.
@onsideramos a la masa constante podemos escribir modificaciones a la ecuación anterior9
aplicando estas
La fuer/a es el producto de la masa por la aceleración, que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. 2eamos lo siguiente, si despe0amos m de la ecuación anterior obtenemos que m es la relación que eAiste entre . Es decir la relación que ha entre la fuer/a aplicada al cuerpo la aceleración obtenida. @uando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa" se dice que tiene mucha inercia. Es por esta ra/ón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.
$or tanto, si la fuer/a resultante que act8a sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante en dirección de #sta. La eApresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente en las dos teorías9 mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho cuerpo. 5e la ecuación fundamental se deriva tambi#n la definición de la unidad de fuer/a o newton (:". 7i la masa la aceleración valen 1, la fuer/a tambi#n valdrá 1= así, pues, el neIton es la fuer/a que aplicada a una masa de un Jilogramo le produce una aceleración de 1 m6sT. 7e entiende que la aceleración la fuer/a han de tener la misma dirección sentido. La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de la dinámica de determinar la clase de fuer/a que se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento9 rectilíneo uniforme (m.r.u", circular uniforme (m.c.u" uniformemente acelerado (m.r.u.a". 7i sobre el cuerpo act8an muchas fuer/as, habría que determinar primero el vector suma de todas esas fuer/as. $or 8ltimo, si se tratase de un ob0eto que caese hacia la tierra con una resistencia del aire igual a cero, la fuer/a sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.
LEY #E ACCIÓN Y REACCIÓN O TERCERA LEY #E NETON
TERCERA LEY #E NETON O *RINCI*IO #E ACCIÓN Y REACCIÓN @on toda acción ocurre siempre una reacción igual contraria9 quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales dirigidas en sentido opuesto La tercera le de :eIton es completamente original (pues las dos primeras a habían sido propuestas de otras maneras por %alileo, ZooJe Zugens" hace de las lees de la mecánica un con0unto lógico completo. EApone que por cada fuer/a que act8a sobre un cuerpo (empuje", este reali/a una fuer/a de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produ0o. 5icho de otra forma, las fuer/as, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud de dirección, pero con sentido opuesto. Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita", en su formulación
original no es válido para fuer/as electromagn#ticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita WcW. Es importante observar que este principio relaciona dos fuer/as que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, seg8n sean sus masas. $or lo demás, cada una de esas fuer/as obedece por separado a la segunda le. ]unto con las anteriores lees, #sta permite enunciar los principios de conservación del momento del momento angular .
!/.- #IA+RAMA #E CUER*O LIBRE
ESQUEMA
1.H DE7E^4 Z37F_D3@4 7`DE L4 CUED4 Y EL V`23V3E:F` !.H [UE E7 L4 53:V3@4 ;.H 3:FED4@@3_: <.H [UE E7 CUED4 Q.H ELEVE:F` 5E U:4 CUED4 P...H DE$DE7E:F4@3_: %D4C3@4 5E U:4 CUED4 B.H CUED4 E[U3L3D454 O.H CUED4 :` E[U3L3D4549 N.H CUED4 5E 3:FED4@@3_:9 1M.H F3$`7 5E CUED4 5E 3:FED4@@3_:
CUED4 5E %D42E545
Cuer/a Vagn#tica
Cuer/a El#ctrica
Cuer/a :uclear
Cuer/a de @ohesión
Cuer/a de 4dhesión
Cuer/a @entrífuga
Cuer/a @entrípeta
Cuer/a @ontinuas
Cuer/a 3mpulsiva
Cuer/a de 4cción Deacción
Cuer/a 5eflectora
Cuer/a de Doce o Cricción
Cuer/a de Fención
11.H U:3545E7 5E CUED4 1!.H E[U324LE:@347 E:FDE L47 U:3545E7 5E CUED4 1;.H EL 53:4V_VEFD` 1<.H V474 5E U: @UED$` 1Q.H $E7` 5E U: @UED$` 1P.H 53CEDE:@34 E:FDE V474 Y $E7` 1B.H 3:ED@349 1O.H LEY 5E Z``KE9 1N.H LEYE7 5E L4 53:V3@4
$rimera le de :eIton o le de la inercia
LEY 5E L4 V474 ` LEY CU:54VE:F4L 5E L4 53:V3@4 ` 7E%U:54 LEY 5E :EF`:
LEY 5E 4@@3_: Y DE4@@3_: ` FED@ED4 LEY 5E :EF`:
INTRODUCCIÓN 7e denomina dinámica la parte de la mecánica que estudia con0untamente el movimiento las fuer/as que lo originan. En su sentido amplio la dinámica, la dinámica abarca casi toda la mecánica. La estática trata de los casos especiales en los cuales la aceleración es nula la cinemática es la que se ocupa 8nicamente del movimiento. Los traba0os más significativos que han tenido un nivel de sistemati/ación de esta ciencia descansan principalmente sobre los hombros de 4ristóteles, %alileo, @op#rnico, Kepler :eIton. Las lees de la Vecánica, aunque no son las más comple0as, son mu fundamentales en la vida de la humanidad, basta solo pensar que el condicionamiento del sistema solar está su0eto a la Le de la %ravitación Universal descrita por :eIton a las lees de Kepler, es decir nuestro hábitat está regido por lees físicas.
@`:@LU73_: La dinámica es la parte de la física que estudia las causas que originan el movimiento. 7e trata no sólo de describir el movimiento (cinemática", sino tambi#n de eAplicarlo. 7obre la base de los resultados parciales conseguidos por %alileo %alilei, 3saac :eIton hi/o de la dinámica un e0emplo de teoría física. 7us fundamentos son los tres principios o lees de :eIton su aplicación permite eAplicar, desde el movimiento de un simple cuerpo que cae en el vacío, hasta el porqu# de las órbitas de los planetas en su traslación alrededor del 7ol. :eIton estableció las relaciones eAistentes entre fuer/as movimientos, completó la fundamentación de la dinámica fue capa/ de eAplicar no sólo los movimientos terrestres, sino tambi#n los de los cuerpos celestes. En el presente apartado abordaremos lo esencial de la dinámica neItoniana, una teoría física que eAplica con una eAcelente aproAimación esas observaciones eAperiencias sobre el movimiento de los cuerpos que tiene lugar en el ámbito de lo cotidiano.
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