Antecedentes De La Mecanica

1.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA MECÁNICA.

La mecánica, es una rama de la física que se puede definir como la ciencia que describe y predice las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. Se divide en tres partes: la mecánica de cuerpos rígidos, la mecánica de cuerpos deformables y la mecánica de fluidos.

La mecánica de cuerpos rígidos, se divide a su vez en estática y dinámica. La estática, se encarga de estudiar a los cuerpos en reposo y la dinámica a los cuerpos en movimiento. De igual forma, la dinámica se divide a su vez en cinemática, que estudia el movimiento de los cuerpos sin atender a las causas o fuerzas que lo producen y la cinética, que estudia el movimiento de los cuerpos, atendiendo a las causas que lo producen.

El movimiento de los cuerpos, que se encarga de estudiar la rama de la física denominada mecánica, siempre ha sido objeto de curiosidad por comprenderlo por parte del ser humano. Desde los tiempos de los griegos, Aristóteles señalaba que en la caída libre de los cuerpos, los cuerpos con mayor peso, caían más rápidamente que los objetos más ligeros.

Esta hipótesis de Aristóteles prevaleció aproximadamente 2000 años. Después de transcurridos estos 20 siglos, el físico italiano Galileo Galilei con sus famosos experimentos de caída libre de diversos objetos con pesos diferentes, desde la torre de Pisa, desechó la teoría de Aristóteles y propuso la suya que señala que los objetos independientemente de su peso, si se sueltan en el mismo instante y despreciando la fricción del aire, caen al mismo tiempo al suelo.

Posteriormente a Galileo, el gran físico inglés Isaac Newton, propuso sus leyes del movimiento de los cuerpos, su primera ley o ley de la inercia, la segunda o ley de la proporcionalidad entre fuerzas y aceleraciones, la tercera o ley de la acción y la reacción y la ley de Gravitación Universal. De hecho a la mecánica, también se le conoce como mecánica Newtoniana o mecánica de Newton, en honor de este gran científico inglés.

Luego de Newton, muchos otros investigadores han aportado para la mecánica como Ticho Brahé, Johannes Kepler con sus tres leyes sobre el movimiento de los planetas alrededor del Sol: la primera ley o ley de las órbitas, que señala que los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol. La segunda ley o ley de las áreas que indica que los planetas recorren áreas iguales en su movimiento de traslación alrededor del Sol. Y la tercera ley llamada ley de los periodos que se refiere a que el cuadrado de los periodos de revolución de los planetas alrededor del Sol, son proporcional al cubo de sus distancias medias respecto del Sol.

Otro gran científico que ha contribuido a los conocimientos físicos, fue el científico alemán, nacionalizado estadounidense Albert Einstein, que en 1905 propuso su teoría de la relatividad, en la cual se considera el movimiento de los objetos a la velocidad de la luz de 300000 km/s, y que propuso su famosa ecuación de igualdad entre masa y energía E = mc2, en la cual c, es precisamente la velocidad de la luz en el vacío.

1.2. UBICACIÓN DE LA ESTÁTICA Y LA DINÁMICA DENTRO DE LA MECÁNICA.

Aunque el estudio de la mecánica, como ya mencionamos se remonta a los tiempos de Aristóteles (384-322 A. C.) y de Arquímedes (287-212 A. C,), se tuvo que esperar hasta la época de Galileo Galilei e Isaac Newton (1642-1727), para encontrar una formulación satisfactoria de sus principios fundamentales, los cuales fueron expresados después en forma modificada por d`Alembert, Langrange y Hamilton. La validez de la mecánica newtoniana, permaneció incólume hasta que Einstein, formuló su teoría de la relatividad. Si bien ahora se han reconocido las limitaciones de la mecánica newtoniana, ésta es aún la base de las actuales ciencias de la ingeniería.

Los conceptos básicos que se emplean en la mecánica, son espacio, tiempo, masa y fuerza. Los tres primeros, son considerados cantidades fundamentales, en el diversos sistemas de unidades y la fuerza es considerada una cantidad derivada.

El concepto de espacio, se asocia con la noción de posición de un punto P. La posición del punto P puede definirse por tres longitudes medidas desde cierto punto de referencia u origen, en tres direcciones dadas. Estas longitudes, se conocen como coordenadas de P.

Para definir un evento, no es suficiente con indicar su posición en el espacio sino que debe darse también el tiempo del evento.

El concepto de masa tiene la función de caracterizar y comparar los cuerpos con base en ciertos experimentos mecánicos fundamentales. Por ejemplo, dos cuerpos que tengan la misma masa serán atraídos por la Tierra de igual forma, también presentarán la misma resistencia a un cambio en su movimiento trasnacional.

Una fuerza, representa la acción de un cuerpo sobre otro y puede ejercerse por contacto real o a distancia, éstas últimas como en el caso de las fuerzas electromagnéticas y gravitacionales. Una fuerza, que es una magnitud vectorial, se caracteriza por su punto de aplicación. magnitud, dirección y sentido.

El estudio de la mecánica elemental descansa en seis principios fundamentales basados en la evidencia experimental: 1. La ley del paralelogramo para la suma de fuerzas: Establece que dos fuerzas que actúan sobre una partícula, pueden ser sustituidas por una sola fuerza llamada resultante, que se obtiene al trazar la diagonal del paralelogramo que tiene los lados iguales y paralelos a las dos fuerzas dadas.

2, El principio de transmisibilidad, establece que las condiciones de equilibrio o de movimiento de un cuerpo rígido, permanecerán inalterados si una fuerza que actúa en un punto del cuerpo rígido se sustituye por una fuerza de la misma magnitud y la misma dirección, pero que actúe en un punto diferente, siempre que las dos fuerzas tengan la misma línea de acción.

3. La tres leyes fundamentales de Newton: La primera ley o ley de la inercia: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es cero, la partícula permanecerá en reposo (si originalmente estaba en reposo), o se moverá con velocidad constante en línea recta (si originalmente estaba en movimiento), La segunda ley o de la proporcionalidad entre fuerzas y aceleraciones: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una aceleración proporcional a la fuerza resultante y en la dirección de ésta: . Donde F es la fuerza resultante de cero, que en el Sistema Internacional de unidades se expresa en Newtons (N), m es la masa del objeto en kg, y a es la aceleración en m/s2.La Tercera ley o de la acción y la reacción: Las fuerzas de acción y reacción de cuerpos en contacto tienen la misma magnitud,

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