QUE ES LA DINAMICA

INTRODUCCIÓN.

La dinámica se describe de la gran evolución del tiempo de un sistema físico.

La fuerza es la capacidad del cuerpo para vencer o ejercer una tensión contra una resistencia.

Las leyes a estudiar son: Ley de la Inercia, Ley Fundamental de la Dinámica, Ley de Acción y Reacción, terminando con la Ley de Gravitación Universal.

En cada uno de los temas presentamos ilustraciones o figuras de las fuerzas que actúan o interactúan para modificar el estado de reposo, movimiento o forma de los cuerpos, y desarrollamos ejemplos con el fin de hacerlo más comprensible al lector.

QUE ES LA DINAMICA

Es la rama de la física (específicamente de la mecánica clásica) que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.

QUE ES FUERZA

La fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

EQUILIBRIO DE LA FUERZA

El equilibrio de las fuerzas en física se produce cuando sobre un cuerpo la suma vectorial de las fuerzas da como resultado cero, o lo que es lo mismo, las fuerzas se contrarrestan entre sí. Ten en cuenta que al ser la suma de las fuerzas cero, eso indica que el cuerpo no presenta aceleración, pero el cuerpo PUEDE estar en movimiento.

MASA E INERCIA

Masa de un cuerpo: La masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (Kg). No debe confundirse con el peso, que es una fuerza.

Masa inercial (que es un tipo de masa) La masa inercial viene determinada por la Segunda y Tercera Ley de Newton. Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales mA (conocida) y mB (que se desea determinar), en la hipótesis dice que las masas son constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras influencias físicas, de forma que la única fuerza presente sobre A es la que ejerce B, denominada FAB, y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A, denominada FBA, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton: donde aA y aB son las aceleraciones de A y B, respectivamente. Es necesario que estas aceleraciones no sean nulas, es decir, que las fuerzas entre los dos objetos no sean iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, hacer colisionar los dos cuerpos y efectuar las mediciones durante el choque.

PRIMERA LEY DE NEWTON LEY DE LA INERCIA

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. La formulación original en latín de Newton de esta ley fue:

Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare

Esta ley postúla, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.

En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial. Lo anterior porque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración traslacional y rotacional estas son del orden de 0.01 m/s^2 y en consecuencia podemos considerar que un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.

SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA

Ya conocemos que la fuerza aplicada a un cuerpo es capaz de producir variaciones de velocidad, es decir, aceleraciones.

Ahora trataremos de encontrar alguna relación de tipo cuantitativo entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración que adquiere, valiéndonos para ello de un experimento idealizado que nos ayudará a comprender esa relación.

Dispongamos de una caja de masa m, la cual está dotada de unas rueditas que le permiten moverse a través de una superficie perfectamente pulid, con el objeto de suponer nula el roce.

a) Cuando la masa se mantiene constante.

Si aplicamos a la caja fuerzas F, 2F y 3F se van adquiriendo aceleraciones que se resumen en la siguiente tabla:

Masa constante

Aceleración a 2a 3a 4ª

Fuerza F 2F 3F 4F

Tabla A

En dicha tabla se ven las características siguientes:

• Si F se duplica, a se duplica.

• Si F se triplica, a se triplica.

• Si F se cuadruplica, a se cuadruplica.

Como puede notarse, la aceleración

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