Introducción a la mecánica

1) Introducción a la mecánica

Uno de los fenómenos más notables del universo es el movimiento. Millones de estrellas se

mueven en la lejanía; la tierra rota y se traslada; la luna y tantos satélites orbitan alrededor de

la tierra; los mares se agitan y ondulan; las aguas fluyen por cauces y tubos; los vientos

soplan, calmos o tormentosos; vehículos de toda suerte viajan, lentos o raudos; piezas de

máquinas, entre otros tantos objetos

El movimiento ha sido siempre objeto de reflexión y análisis. Aquí vamos a ocuparnos de su

estudio desde el punto de vista de la ciencia, de la Física, siguiendo básicamente la teoría

precisa y potente que desarrolló Isaac Newton, pero expuesta en términos modernos y

actuales.

La Mecánica es el estudio del movimiento de los cuerpos en relación con las acciones que lo

determinan. De cuerpos como los mencionados arriba, de cuerpos

macroscópicos. Hay una distinción fundamental entre macroscópico y microscópico. Como

se sabe, la materia está formada por moléculas, por átomos, y éstos por electrones, protones,

neutrones, en fin. El ámbito de esas “partículas elementales”, de los átomos y moléculas,

constituye la esfera de la microfísica, de lo microscópico. Los cuerpos o porciones de materia

que incluyen números muy grandes de átomos son los cuerpos macroscópicos. Ya en un

milímetro cúbico de acero hay un número inmenso de átomos, es un cuerpo macroscópico. El

estudio del microcosmos compete a la Mecánica Cuántica.

El estudio del movimiento de los cuerpos macroscópicos y lentos le corresponde a la

Mecánica Newtoniana, que se llama también Mecánica Clásica, aunque a veces esta última

denominación se usa para referirse a formulaciones alternas, matemáticamente más

elaboradas.

Para estudiar el movimiento de los cuerpos se han desarrollado en la mecánica modelos físicomatemáticos abstractos como el de partícula o punto material, punto geométrico dotado de masa, que ha surgido como idealización de un cuerpo cuyas dimensiones son pequeñas

comparadas con sus desplazamientos o bien cuya estructura y movimientos internos no son

relevantes para un cierto estudio. No existen pues en este sentido verdaderas partículas, son

modelos, representaciones ideales de los cuerpos reales. El que unos cuerpos sean o no

representables como partículas dependerá del problema específico. Así, en su movimiento

alrededor del sol, la tierra puede considerarse como una partícula que describe una trayectoria

elíptica, pero no podrá ser considerada como partícula si quiere estudiarse su rotación diaria.

Otros modelos esenciales de la Mecánica son los sistemas de partículas y los cuerpos

continuos, que pueden ser cuerpos rígidos o deformables.

La Cinemática es la descripción matemática del movimiento sin atender a las causas que lo

producen. En la Estática se estudian los cuerpos en equilibrio. En la Dinámica se estudia la

relación existente entre el movimiento de un cuerpo y las interacciones de ese cuerpo con los

demás que lo rodean. Los postulados básicos de la mecánica son las Leyes de Newton del

movimiento, cuya idea central es la siguiente: las interacciones se representan mediante las

fuerzas hechas sobre un cuerpo, cuya resultante está directamente vinculada con una

propiedad esencial de dicho cuerpo, su masa inercial, y con la aceleración de su movimiento.

Las leyes de Newton no son evidentes ni intuitivas y es necesario aprender paulatinamente su

uso, pero su aplicación coherente y cuidadosa permite estudiar una gran cantidad de

movimientos importantes y útiles. También es necesario saber que la correspondencia entre

los modelos idealizados de la mecánica y los movimientos de los cuerpos reales nunca es

perfecta. En algunos casos es muy precisa pero en otros la complejidad de los movimientos es

muy grande y los modelos sólo son aproximados.

2) Magnitudes fundamentales de la mecánica

En la mecánica las magnitudes fundamentales son: longitud, masa y tiempo, las cuales describen conceptos de espacio, materia y tiempo. Esto nos indica que en mecánica, bastan las tres primeras unidades para definir todo el sistema de unidades.

Nombre de la unidad SI básica Simbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo K

Tiempo Segundos S

Longitud: es una de las magitudes físicas fundamentales, en tanto que no puede ser definida en términos de otras magnitudes que se pueden medir. En muchos sistemas de medida, la longitud es una unidad fundamental, de la cual derivan otras.

Masa: La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo.1 Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza.

Tiempo: El tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando el objeto aparentaba un estado X y el instante en el que el objeto registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida).

3) Unidades de medida

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física. En general, una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas. Un conjunto de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada es denominado sistema de unidades.

Todas las unidades denotan cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada uno de los componentes está expresado en la unidad indicada.

El Sistema Internacional de Unidades es la forma actual del sistema métrico decimal y establece las unidades que deben ser utilizadas internacionalmente. Fue creado por el Comité Internacional de Pesos y Medidas

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