Dinámica en Física

Dinámica en física  DINÁMICA La dinámica es la parte de la física física que  que describe la evolución en el tiempo de un sistem sistema a físico físico en relaci relación ón con las las causas causas que provoc provocan an los cambi cambios os de estado físico yo físico  yo estado de movimiento! "l ob#etivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico$ físico$ cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o movimiento  o ecua ecuaci cion ones es de evol evoluc ució ión n para para dic% dic%o o sist sistem ema a de operación! "l estud tudio de la dinámica es prominente en los sis sistem temas as mec mecán ánico icoss &clá &clási sico cos$ s$ rela relatitivi vist stas as o cuánticos'$ pero tambi(n en la termodinámica y electrodinámica electrodinámica!! "n este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sist sistem emas as mecá mecáni nico cos$ s$ y se rese reserv rva a para para otro otross artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos!

La Fuerza La fuer)a es una ma*nitud física de carácter vectorial vectorial capa)  capa) de deformar los cuerpos &efecto estático'$ modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles &efecto dinámico'! "n este sentido la fuer)a puede definirse como toda acción o influencia capa) de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo cuerpo &impri &imprimi( mi(ndo ndole le una una aceleración que que modi modififica ca el módulo o la dirección dirección de  de su velocidad velocidad'' o bien de deformarlo deformarlo!! Com+nmente nos referimos a la fuer)a aplicada sobre un ob#eto sin t ener en cuenta al otro ob#eto u ob#etos con los que está interactuando y que e,perimentarán$ a su ve)$ otras fuer)as! Actualmente$ cabe definir la fuer)a como un ente físico-matemático$ de carácter vectorial$ asociado con la interacción del cuerpo con otros cuerpos que constituyen su entorno! "l t(rmino fuer)a se usa com+nmente para referirse a lo que mueve un ob#eto. por  e#emplo la fuer)a necesaria para car*ar un avión!

Dinamómetro /e denomi nomin na dinamómetro a un instrumento utili)ado para medir fuer)as o para para pesar pesar ob#et ob#etos! os! "l dinamómetro tradicional$ inventado por Isaac Ne0ton$ basa su funcionamiento en la elon*ación de un resorte que si*ue la ley de 1oo2e en el ran*o de medición! Al i*ua i*uall que que una una báscula con con muel muelle le elástico$ es una balan)a de resorte$

pero no debe confundirse con una balan)a de platillos &instrumento utili)ado para comparar masas'! "stos instrumentos constan de un muelle$ *eneralmente contenido en un cilindro que a su ve) puede estar introducido en otro cilindro! "l dispositivo tiene dos *anc%os o anillas$ uno en cada e,tremo! Los dinamómetros llevan marcada una escala$ en unidades de fuer)a$ en el cilindro %ueco que rodea el muelle! Al col*ar pesos o e#ercer una fuer)a sobre el *anc%o e,terior$ el cursor de ese e,tremo se mueve sobre la escala e,terior$ indicando el valor de la fuer)a!

Características de la 3uer)as4 •

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Magnitud: consiste en el mayor o menor *rado de fuer)a aplicada para

producir un cambio de forma o movimiento! 5ambi(n es conocida como la intensidad que representa la cantidad de fuer)a aplicada sobre el ob#eto! Dirección: establece la orientación o trayectoria en que se mueve el cuerpo por efecto o aplicación de la fuer)a$ se*+n los puntos cardinales! Sentido: nos indica %acia donde se aplica la fuer)a$ para cada dirección %ay siempre dos sentidos$ de los cuales se toma como positivas las fuer)as que act+an en un sentido y ne*ativas las que act+an en sentido opuesto al positivo! Punto de aplicación: es la )ona$ lu*ar$ sitio donde se e#erce o aplica la fuer)a al ob#eto!

Leyes de Ne0ton Las Leyes de Newton$ tambi(n conocidas como Leyes del movimiento de Newton$ son tres principios a partir de los cuales se e,plican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica$   en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos! 6evolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo$ en tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque

incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. !a demostración de su valide" radica en sus predicciones... !a valide" de esas  predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.

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"n concreto$ la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos4 7or un lado$ constituyen$ #unto con la transformación de 8alileo$ la base de la mecánica clásica. 7or otro$ al combinar estas leyes con la Ley de la *ravitación universal$   se pueden deducir y e,plicar  las Leyes de 9epler sobre el movimiento planetario!  Así$ las Leyes de Ne0ton permiten e,plicar tanto el movimiento de los astros$ como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser %umano$ así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas! /u formulación matemática fue publicada por Isaac Ne0ton en :;<= en su obra #$ilosop$iae Naturalis #rincipia %at$ematica ! No obstante$ la dinámica de Ne0ton$ tambi(n llamada dinámica clásica$ sólo se cumple en los sistemas de referencia inerciales . es decir$ sólo es aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la lu) &que no se acerquen a los >??!??? 2ms'. la ra)ón estriba en que cuanto más cerca est( un cuerpo de alcan)ar esa velocidad &lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-inerciales '$ más posibilidades %ay de que incidan sobre el mismo una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o fuer"as ficticias$   que a@aden t(rminos suplementarios capaces de e,plicar el movimiento de un sistema cerrado de partículas clásicas que interact+an entre sí! "l estudio de estos efectos &aumento de la masa y contracción de la lon*itud$ fundamentalmente' corresponde a la teoría de la relatividad especial$ enunciada por Albert "instein en :?B!

Primera ley de Newton o Ley de la inercia La primera ley del movimiento rebate la idea aristot(lica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuer)a! Ne0ton e,pone que4 5odo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obli*ado a cambiar su estado por fuer)as impresas sobre (l!

/e*unda ley de Ne0ton o Ley de fuer)a La se*unda ley del movimiento de Ne0ton dice que &l cambio de movimiento es proporcional a la fuer"a motri" impresa y ocurre seg'n la línea recta a lo largo de la cual aquella fuer"a se imprime !

5ercera ley de Ne0ton o Ley de acción y reacción Con toda acción ocurre siempre una reacción i*ual y contraria4 o sea$ las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son i*uales y diri*idas en sentido opuesto

"n las Leyes de Ne0ton y en la Dinamica toda e,isten otros conceptos$ no menos importantes que los mencionados como son4

Masa

La masa$ en física$ es la cantidad de materia de un cuerpo! "s una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa *ravitacional! La unidad utili)ada para medir la masa en el /istema Internacional de nidades es el 2ilo*ramo &2*'! "s una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso$ que es una cantidad vectorial que representa una fuer)a! "l concepto de masa sur*e de la confluencia de dos leyes4 la ley 8ravitación niversal de Ne0ton  y la E Ley de Ne0ton! /e*+n la ley de la 8ravitación de Ne0ton$ la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes$ denominadas masa *ravitacional Funa de cada uno de ellosF$ siendo así la masa *ravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen. por la E ley &o principio' de Ne0ton$ la fuer)a aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que e,perimenta$ denominándose a la constante de proporcionalidad4 masa inercial del cuerpo!

7eso "n física$ el peso es la fuer)a con la cual un cuerpo act+a sobre un punto de apoyo$ ori*inado por la aceleración de la *ravedad$   cuando esta act+a sobre la masa del cuerpo! Al ser una fuer)a$ el peso es en sí mismo una cantidad vectorial$ de modo que está caracteri)ado por su ma*nitud y dirección$ aplicado en el centro de *ravedad del cuerpo y diri*ido apro,imadamente %acia el centro de la 5ierra! 7or e,tensión de esta definición$ tambi(n podemos referirnos al peso de un cuerpo en cualquier otro astro &Luna$ Marte$!!!' en cuyas pro,imidades se encuentre! /in duda al*una$ el peso es la fuer)a con la que estamos más familiari)ados$ por  nuestra e,periencia diaria$ al e#ercerla la 5ierra sobre todos los cuerpos materiales$ acelerándolos$ en caída libre &en ausencia del concurso de otras fuer)as'! 7odemos determinar el peso de un cuerpo cualquiera$ de masa m$ midiendo la aceleración que adquiere cuando se le de#a caer libremente de modo que la +nica fuer)a que act+e sobre (l sea la de la *ravedad! Desde los e,perimentos de 8alileo$ es bien conocido que la aceleración que adquiere cualquier cuerpo en caída libre$ que desi*naremos por g $ es independiente de la masa del cuerpo! "l valor de esa aceleración es apro,imadamente $<: msG en el nivel del mar y para las latitudes medias. entonces el peso #  de un cuerpo de masa m viene dado por #  H mg !

7eso y masa son dos conceptos y ma*nitudes físicas bien diferenciadas$ aunque a+n en estos momentos$ en el %abla cotidiana$ el t(rmino peso se utili)a a menudo erróneamente como sinónimo de masa$ la cual es una ma*nitud escalar! La propia  Academia reconoce esta confusión en la definición de JpesarK4 Determinar el peso$ o más propiamente$ la masa de al*o por medio de la balan)a o de otro instrumento equivalente