DINAMICA
Estudia el movimiento de los
objetos y de su respuesta a las fuerzas. Las descripciones del movimiento
comienzan con una definición cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento, el
tiempo, la velocidad, la aceleración, la masa y la fuerza.
Isaac Newton demostró que la
velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta
aceleración es la misma para objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga
en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). Newton mejoró este análisis al
definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración.
Para los objetos que se desplazan
a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido
sustituidas por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Para las
partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por
la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes
del movimiento de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica (el
estudio de las causas del cambio en el movimiento).
Las leyes del movimiento de
Newton
Con la formulación de las tres
leyes del movimiento, Isaac Newton estableció las bases de la dinámica.
Primera
ley de Newton (equilibrio)
Un
cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U. =
velocidad constante) si la fuerza resultante es nula (ver
condición de equilibrio).
El que la
fuerza ejercida sobre un objeto sea cero no significa necesariamente que su
velocidad sea cero. Si no está sometido a ninguna fuerza (incluido el
rozamiento), un objeto en movimiento seguirá desplazándose a velocidad
constante.
Para que
haya equilibrio, las componentes horizontales de las fuerzas que actúan sobre
un objeto deben cancelarse mutuamente, y lo mismo debe ocurrir con las
componentes verticales. Esta condición es necesaria para el equilibrio, pero no
es suficiente. Por ejemplo, si una persona coloca un libro de pie sobre una
mesa y lo empuja igual de fuerte con una mano en un sentido y con la otra en el
sentido opuesto, el libro permanecerá en reposo si las manos están una frente a
otra. (El resultado total es que el libro se comprime). Pero si una mano está
cerca de la parte superior del libro y la otra mano cerca de la parte inferior,
el libro caerá sobre la mesa. Para que haya equilibrio también es necesario que
la suma de los momentos en torno a cualquier eje sea cero. Los momentos
dextrógiros (a derechas) en torno a todo eje deben cancelarse con los momentos
levógiros (a izquierdas) en torno a ese eje. Puede demostrarse que si los
momentos se cancelan para un eje determinado, se cancelan para todos los ejes.
Para calcular la fuerza total, hay que sumar las fuerzas como vectores.
a) Condición
de equilibrio en el plano: la sumatoria de todas
las fuerzas aplicadas y no aplicadas debe ser nula y, la sumatoria de los
momentos de todas las fuerzas con respecto a cualquier punto debe ser nula.
Σ F = 0
Segunda
ley de Newton (masa)
Para
entender cómo y por qué se aceleran los objetos, hay que definir la fuerza y la
masa. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo
acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será
proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y
sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto. La masa es la medida de la cantidad
de sustancia de un cuerpo y es universal.
Cuando a un
cuerpo de masa m se le aplica una
fuerza F se produce una aceleración a.
F = m.a
Unidades: En
el Sistema Internacional de unidades (SI), la aceleración a se mide en metros
por segundo cuadrado, la masa m se
mide en kilogramos, y la fuerza F en
newtons.
Se define
por el efecto que produce la aceleración en la fuerza a la cual se aplica. Un
newton se define como la fuerza necesaria para suministrar a una masa de 1 kg
una aceleración de 1 metro por segundo cada segundo.
Un objeto
con más masa requerirá una fuerza mayor para una aceleración dada que uno con
menos masa. Lo asombroso es que la masa, que mide la inercia de un objeto (su
resistencia a cambiar la velocidad), también mide la atracción gravitacional
que ejerce sobre otros objetos. Resulta sorprendente, y tiene consecuencias
profundas, que la propiedad inercial y la propiedad gravitacional estén
determinadas por una misma cosa. Este fenómeno supone que es imposible
distinguir si un punto determinado está en un campo gravitatorio o en un
sistema de referencia acelerado. Albert Einstein hizo de esto una de las
piedras angulares de su teoría general de la relatividad, que es la teoría de
la gravitación actualmente aceptada.
Se deduce
que:
1 kgf = 9,81
N
Tercera
ley de Newton (acción y reacción).
Cuando
a un cuerpo se le aplica una fuerza, este devuelve una fuerza de igual
magnitud, igual dirección y de sentido contrario.
Cuando a un cuerpo se le aplica
una fuerza (acción
o reacción), este devuelve una fuerza de igual magnitud, igual
dirección y de sentido contrario (reacción o acción).
Por ejemplo, en una pista de
patinaje sobre hielo, si un adulto empuja suavemente a un niño,no sólo existe
la fuerza que el adulto ejerce sobre el niño, sino que el niño ejerce una
fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el adulto. Sin embargo, como la masa
del adulto es mayor, su aceleración será menor.
La tercera ley de Newton también
implica la conservación del momento lineal, el producto de la masa por la
velocidad.
Un libro colocado sobre una
mesa es atraído hacia abajo por la atracción gravitacional de la Tierra y es empujado
hacia arriba por la repulsión molecular de la mesa. Como se ve se cumplen todas
las leyes de Newton.
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Fuente: FísicaNet
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