DINAMICA DE UNA PARTICULA
Enviado por Zarely Tárraga • 19 de Marzo de 2020 • Documentos de Investigación • 10.933 Palabras (44 Páginas) • 256 Visitas
CAPITULO
DINAMICA DE UNA PARTICULA
5.1. INTRODUCCIÒN A LA DINAMICA DE UN PUNTO MATERIAL
En el capítulo anterior hemos estudiado el movimiento sin tomar en cuenta las causas que lo producen, aquí no sólo nos ocuparemos de éstas sino que además estudiaremos la relación que existe entre las causas (Fuerza) y los efectos (movimiento).
La dinámica de una partícula es la rama de la mecánica que se ocupa de estudiar el movimiento de los cuerpos materiales, tomando en cuenta las causas que lo producen (interacciones) y estableciendo las leyes que lo rigen (ecuaciones).
5.2. FUERZA E INTERACCIONES
Cuando empujamos o jalamos un cuerpo, decimos que estamos efectuando una fuerza. Para un físico, una definición más adecuada de fuerza es la interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su entorno. Como se muestra en la figura 5.1, la fuerza es una magnitud vectorial, porque se lo puede aplicar para jalar o empujar un cuerpo en diferentes direcciones.
Fuerza[pic 3][pic 4]
Fuerza[pic 5][pic 6]
Empujón
Jalón
Figura 5.1. Fuerza aplicada a una caja para empujarlo o jalarlo
El resultado de la interacción entre dos cuerpos o un objeto y su medio externo es lo que denominamos fuerza. La fuerza que actúa sobre un cuerpo puede deformarlo, cambiar su estado de movimiento, o ambas cosas.
Si la fuerza tiene un contacto directo entre dos cuerpos, como el jalón o estirón que se ejerce con la mano sobre una caja, recibe el nombre de fuerza de contacto. Como ejemplos de las fuerzas de contacto, tenemos la fuerza normal ejercida por una superficie sobre un cuerpo que está en contacto. El adjetivo normal significa que la fuerza siempre actúa perpendicular a la superficie de contacto, sin importar el ángulo de esa superficie. Como otro ejemplo tenemos las fuerzas de rozamiento ejercidas por una superficie, que siempre actúan en forma paralela a la superficie, y en la dirección opuesta al deslizamiento. La fuerza que se efectúa al jalar una cuerda tensa sobre un objeto al cual se ata se llama fuerza de tensión. Cuando jalamos un automóvil con una cuerda, la fuerza que se ejerce, es una fuerza de tensión.
En este capítulo, estudiaremos un modelo ideal que considera a un cuerpo de masa finita sin tomar en cuenta sus dimensiones geométricas (es decir que todos los cuerpos serán representados por un punto material o una partícula), también veremos las tres leyes fundamentales del movimiento de Newton, incluyendo la Ley de Gravitación Universal.
ISAAC NEWTON (1643 – 1727), genial físico y matemático inglés, uno de los celebres sabio en la historia de la humanidad. Newton formuló los[pic 7][pic 8]
principales conceptos y leyes de la mecánica, descubrió la ley de gravitación universal, creando por lo tanto un mundo científico que se mantuvo intacto hasta comienzo del siglo XX. Creó la teoría del movimiento de los cuerpos celestes (planetas y estrellas); explicó las principales particularidades de movimiento de la Luna; dio explicación a las mareas. En la óptica, a Newton se deben los admirables descubrimientos que facilitaron el desarrollo impetuoso de esta rama de la física. Estableció un auténtico método matemático de investigación del cálculo
diferencial e integral. Esto influenció enormemente en todo el desarrollo ulterior de la física, facilitando la aplicación de los métodos matemáticos en ella.
Isaac Newton nace el 25 de diciembre de 1643, un año después del fallecimiento de Galileo
Galilei.
5.3. PRIMERA LEY DEL MOVIMIENTO DE NEWTON
Esta ley afirma que si sobre un cuerpo la resultante de las fuerzas aplicadas es nula el cuerpo estará en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme (MRU), es decir que la velocidad permanece constante y su aceleración es nula.
La suma vectorial (resultante) de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, se conoce como la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo.
Si un cuerpo se encuentra en reposo y no actúa ninguna fuerza sobre el (es decir que no se lo jala ni se lo empuja) el cuerpo permanecerá en reposo. Pero ¿qué sucedería si una fuerza neta igual a cero actúa cuando un cuerpo está en movimiento?
Para saber qué ocurre en este caso, consideremos el siguiente experimento: Si empujamos un pequeño bloque de madera sobre una mesa horizontal, aplicándole una fuerza horizontal con la mano. Cuando dejamos de empujar, el bloque no sigue moviéndose indefinidamente; se frena y se detiene. Para mantenerlo en movimiento, hay que seguir empujándolo (es decir, aplicando una fuerza). Podríamos llegar a la conclusión de “sentido común” de que los cuerpos en movimiento naturalmente se detienen y que se necesita una fuerza para mantener el movimiento.
Imaginemos ahora que se empuja el bloque en una superficie de hielo lisa. Al dejar de empujar, el boque se desliza mucho más lejos antes de detenerse. Si finalmente empujamos el bloque sobre una mesa de hockey de aire, donde flota sobre un delgado “cojín” de aire, y
llegará aún más lejos. En cada caso, lo que frena el bloque es la fricción, una interacción entre la superficie inferior del bloque y la superficie sobre la que se desliza. Cada superficie ejerce una fuerza de fricción sobre el bloque, la cual se resiste a su movimiento; la diferencia entre los tres casos es la magnitud de la fuerza de fricción. El hielo ejerce menos fricción que la superficie de la mesa, y el bloque viaja más lejos. Las moléculas de gas de la mesa de hockey de aire son las que menos fricción ejercen. Si pudiéramos eliminar totalmente la fricción, el bloque nunca se frenaría y no necesitaríamos fuerza alguna para mantener el bloque en movimiento, una vez que este haya iniciado. Así, la idea de “sentido común” de que se requiere una fuerza para conservar el movimiento es incorrecta.
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