Mecánica general. Idealizaciones de la mecánica

MECÁNICA GENERAL

1.        Fundamentos de la Mecánica

1.1        Introducción

La mecánica es la rama de la física que estudia el movimiento y equilibrio de los cuerpos bajo la acción de las fuerzas.

La mecánica es la más antigua ciencia física.  Su registro más antiguo fue hecho por Arquímides (287 - 212 A.C.) con el principio de niveles y flotación; Stevinus (1548-1620) investigaciones en la dinámica; Newton (1642-1727) gravitación y matemática infinitesimal; da Vinci,  Varignon, D'Alambert, Lagrange, Laplace y otros han enriquecido el estudio de la mecánica.  Einstein con su Teoría de Relatividad (1905) limitó a las formulaciones de Newton; sin embargo, teorías modernas indican que las limitaciones son solamente para velocidades cercana a la de la luz (300.000 km/s) y para distancias atómicas.

En mecánica se estudia principalmente el efecto de las fuerzas externas (o sistemas) que actúan sobre un cuerpo rígido.  Estos son acelerarlo o producir fuerzas resistentes o reacciones sobre él.  Se distinguen 3 casos:

-        El sistema de fuerzas está equilibrado, no hay efecto externo sobre el cuerpo.  Se trata de un problema de estática.

-        El sistema tiene una resultante distinta de cero, el cuerpo será acelerado.  Se trata de un problema de dinámica.

-        Es necesario considerar los efectos internos de un sistema de fuerzas, o las deformaciones, para poder resolverlo.  Se trata de un problema de resistencia de materiales.

        En mecánica se estudia solamente sistemas de fuerza que actúan sobre cuerpos rígidos, o sea aquellos cuyas partículas permanecen siempre a distancias invariables entre si.

1.2        Conceptos o dimensiones básicas

Al estudiar la mecánica es necesario establecer ciertas abstracciones o dimensiones para poder describir aquellas manifestaciones interesantes en los cuerpos, estas son:

1.        Espacio:        es una región estudiada en todas direcciones.  La posición en el espacio se determina relativa a un sistema de referencia por medición lineal o angular.

2.        Tiempo:        es una medida ordenada de la sucesión de eventos como diluvios, crecidas, lunas nuevas, rotación de la tierra o fracción de la rotación de la tierra.

3.        Materia:        es la substancia que ocupa un espacio.

4.        Inercia        :        propiedad de la materia de oponer resistencia al cambio de movimiento.

5.        Masa        :        medida cuantitativa de la inercia.

6.        Cuerpo        :        materia envuelta en una superficie cerrada.

7.        Fuerza        :        acción de un cuerpo sobre otro que tiende a mover al cuerpo en la dirección de la aplicación.

8.        Partícula:        cuerpo de dimensión negligible. En algún caso, un cuerpo de tamaño finito se puede tratar como una partícula o punto material.

9.        Longitud:        descripción cuantitativa del tamaño.

1.2.1        Cantidades con dimensiones primarias

        Longitud (L)        :        la unidad es el metro [m]

        Tiempo  (T)        :        la unidad es el segundo [s]

        Masa (M)        :        la unidad es el kilogramo [kg]

El metro patrón. Un metro se define como "la longitud de 1.650.763,73 longitudes de onda, en vacío, de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5 del átomo de kriptón-86.

Inicialmente esta unidad de longitud fue creada por la Academia de Ciencias Francesa en 1791 y definida como la diezmillonésima parte de la distancia que separa el polo de la línea del ecuador terrestre. Si este valor se expresara de manera análoga a como se define la milla náutica, se correspondería con la longitud de meridiano terrestre que forma un arco de 1/10 de segundo de grado centesimal.

Se realizaron mediciones cuidadosas al respecto que en 1889 se corporizaron en un metro patrón de platino e iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (París).

Segundo patrón. Un segundo se define como "la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133", a una temperatura de 0ºK. Hasta 1967 se definía como la ochenta y seis mil cuatrocientosava parte de la duración que tuvo el día solar medio entre los años 1750 y 1890 y, a partir de esa fecha, su medición se hace tomando como base el tiempo atómico.

Kilogramo patrón. La masa de un cuerpo es una propiedad intrínseca del mismo, la cantidad de materia, independiente de la intensidad del campo gravitatorio y de cualquier otro efecto. Representa la inercia o resistencia del cuerpo a la aceleración (masa inercial), además de hacerla sensible a los efectos de los campos gravitatorios (masa gravitatoria).

Se ha tomado como patrón para el kilogramo una barra de platino que se halla bajo condiciones ambientales estrictamente controladas en la Oficina de Pesas y Medidas de Sèvres, Francia.
1.2.2        Cantidades con dimensiones secundarias

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1.2.3        Sistemas de unidades

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