2. La dinámica es una rama de la física que más transcendencia ha tenido a lo
largo del surgimiento del hombre. La dinámica se encarga del estudio del
origen del movimiento como tal, por lo que su estudio recae en el saber cuál
es el origen de dicho movimiento; por otra parte la estática es la parte de la
Mecánica que estudia el equilibrio de las fuerzas, sobre un cuerpo en
reposo.
3. Fuerza
En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de
momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de
partículas se habla de interacción).
Según una definición clásica, fuerza es toda causa agente capaz de modificar la cantidad de
movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe confundirse con los conceptos de
esfuerzo o de energía.
¿Cómo se originan las fuerzas?
Una interacción entre dos objetos produce dos fuerzas iguales y opuestas, aplicadas una en
cada objeto.
Las interacciones pueden ser como la electromagnética o por contacto, como las originadas
en un choque o cuando alguien empuja una caja o tira de una cuerda.
Las interacciones siempre se producen por parejas. Si pasas el puntero del ratón sobre los
rectángulos de la figura, podrás ver qué interacciones están implicadas en las diferentes
zonas.
4. Tipos de fuerzas
Fuerza elástica: es la que logran ejercer los resortes que, fuera de su posición
normal, es decir, cuando están comprimidos o estirados y logran ejercer fuerza, ya sea
empujando o tironeando un cuerpo.
Fuerza normal: es aquella que ejerce una superficie cuando reacciona ante
un cuerpo que se desliza sobre ella.
5. Fuerza gravitatoria: es aquella fuerza de atracción que surge entre
dos cuerpos. Esta fuerza está condicionada por la distancia y masa de
ambos cuerpos y disminuye al cuadrado a medida que se incrementa la
distancia.
Fuerza electromagnética: es la que repercute sobre aquellos cuerpos
que se encuentran eléctricamente cargado. Está presente en las
transformaciones químicas y físicas tanto de átomos como de
moléculas.
6. Leyes de Newton
1ª Ley de la inercia:
Un cuerpo permanecerá en un estado de reposo o de movimiento uniforme, a menos de que una
fuerza externa actúe sobre él.
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo
no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad
constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa
el movimiento.
7. 2ª Ley de la fuerza:
Siempre que una fuerza actúe sobre un cuerpo produce una aceleración en la dirección de la
fuerza que es directamente proporcional a la fuerza pero inversamente proporcional a la masa.
La nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que
provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la
acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza
neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo.
8. 3ª Ley de acción y reacción:
A toda acción corresponde una reacción en igual magnitud y dirección pero de sentido opuesto.
Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la
acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A
ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es
la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido
contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el
intento de empujarnos a nosotros.
9. Aplicaciones de las Leyes de Newton
Cuando aplicamos las leyes de Newton a un cuerpo, sólo estamos
interesados en aquellas fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo.
10. Cuando una caja está en reposo sobre una mesa, las fuerzas que actúan sobre el
aparato son la fuerza normal, n, y la fuerza de gravedad, w, como se ilustran. La
reacción a n es la fuerza ejercida por la caja sobre la mesa, n'. La reacción a w es la
fuerza ejercida por la caja sobre la Tierra, w'.
En otro ejemplo se tiene una caja que se jala hacia la derecha sobre una superficie
sin fricción, como se muestra en la figura de la izquierda.
11. En la figura de la derecha se tiene el diagrama de cuerpo libre que
representa a las fuerzas externas que actúan sobre la caja.
Cuando un objeto empuja hacia abajo sobre otro objeto con una fuerza
F, la fuerza normal N es mayor que la fuerza de la gravedad. Esto es N =
mg + F.
12. En otro ejemplo se tiene un peso w suspendido del techo por una
cuerda de masa despreciable. Las fuerzas que actúan sobre el peso son
la gravedad, w, y la fuerza ejercida por la cadena, T. Las fuerzas que
actúan sobre la cuerda son la fuerza ejercida por el peso, T', y la fuerza
ejercida por el techo, T''.
13. Fuerza centrípeta
Fuerza centrípeta en un movimiento circular.
Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o al componente de la fuerza que actúa sobre un objeto en
movimiento sobre una trayectoria curvilínea, y que está dirigida hacia el centro de curvatura de la
trayectoria.
El término «centrípeta» proviene de las palabras latinas centrum, «centro» y petere, «dirigirse
hacia», y puede ser obtenida a partir de las leyes de Newton. La fuerza centrípeta siempre actúa en
forma perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso de
un objeto que se mueve en trayectoria circular con velocidad cambiante, la fuerza neta sobre el
cuerpo puede ser descompuesta en un componente perpendicular que cambia la dirección del
movimiento y uno tangencial, paralelo a la velocidad, que modifica el módulo de la velocidad.
14. Fuerza de rozamiento
La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza
muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que
podamos andar(cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por
ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso).
la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los
dos cuerpos, pero sí depende de cual sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que
materiales la formen y si es más o menos rugosa.
la magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre
los dos cuerpos, es decir:
Fr = u·N
15. El coeficiente de rozamiento estático es coeficiente de proporcionalidad que
relaciona la fuerza necesaria para que un bloque empiece a deslizarse y la fuerza
normal.
Al ser un cociente de fuerzas carece de unidades:.
La fuerza necesaria para que un bloque comience a deslizarse es igual a la Fuerza
de rozamiento máxima)
Es importante distinguir entre este coeficiente y el coeficiente de rozamiento
dinámico ( ud).
Siempre se cumple que ue >ud.
Coeficiente de rozamiento estático
16. La fricción cinética es proporcional a la fuerza normal N, siendo k la constante de
proporcionalidad
para ilustrar las fuerzas de fricción, suponga que intenta mover un pesado muebles obre el
piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece« liberarse" para en
seguida moverse con relativa facilidad. Llamemos f a la fuerza de fricción, F a la fuerza que se
aplica al mueble, mg a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble)
Coeficiente de rozamiento cinético
17. Trabajo
El Trabajo es una de las formas de transferencia
(cuando dos cuerpos intercambian energía, lo hacen,
o bien de forma mecánica, mediante la realización de
un trabajo, o bien de forma térmica, mediante el
calor) de energía entre los cuerpos. Para realizar un
trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo
y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F,
aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, ∆x y del
coseno del ángulo α que forman la fuerza y el
desplazamiento.
W = F — cos α — ∆x
El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza en
newtons (N) y el desplazamiento en metros (m)
18. CLASES DE TRABAJO
TRABAJO NETO.- Se habla de trabajo neto cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas.
TN = (F1+F2+F3 ...)Δr
TRABAJO ACTIVO.- Es el realizado por la resultante de las fuerzas activas. Una partícula es
considerada activa cuando su dirección forma un ángulo agudo con la del desplazamiento.
Esto determina que aumente la rapidez de la partícula cuando esta aplicada.
TAC = FAC ® Δr
TRABAJO RESISTIVO.- es el trabajo realizado por la resultante de las las fuerzas resistivas. Una
fuerza es resistiva cuando su dirección forma un ángulo obtuso con la del desplazamiento esto determina
que disminuya la rapidez de la partícula a la cual esta aplicada.
TRS = FRS ® Δr
TRABAJO NULO.- El trabajo es nulo cuando uno de los factores de su ecuación es 0. Hay 3 factores
los cuales tienen que ser 0 y determinan si el trabajo es nulo y son: La Fuerza ejercida hacia el Cuerpo, El
Desplazamiento del Cuerpo, y el Coseno del Ángulo del Cuerpo.
F = 0
Δr = 0
Cos Ángulo = 0
19. La energía cinética
La energía cinética es la energía que tienen los
cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su
valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su
velocidad (v).
Ec= ½ m.v 2
La energía cinética se mide en julios (J), la masa en
kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo
(m/s).
La energía cinética del viento es utilizada para mover
el rotor hélice de un aerogenerador y convertir esa
energía en energía eléctrica mediante una serie de
procesos. Es el fundamento de la cada vez más
empleada energía eólica.
La energía cinética es un tipo de energía mecánica. La
energía mecánica es aquélla que está ligada a la
posición o al movimiento de los cuerpos. Por ejemplo,
es la energía que posee un arco que está tensado o
un coche en movimiento o un cuerpo por estar a
cierta altura sobre el suelo.
20. Energía potencial
Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una
determinada posición. Podemos hablar de energía
potencial gravitatoria y de energía potencial elástica.
La energía potencial gravitatoria es la energía que
tiene un cuerpo por estar situado a una cierta altura
sobre la superficie terrestre. Su valor depende de la
masa del cuerpo (m), de la gravedad (g) y de la
altura sobre la superficie (h).
EP=m.g.h
La energía potencial se mide en julios (J), la masa en
kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad en
metros por segundo al cuadrado (m/s2) y la altura en
metros (m).
Por ejemplo, una piedra al borde de un precipicio
tiene energía potencial: si cayera, ejercería una
fuerza que produciría una deformación en el suelo.
21. La energía potencial elástica es la energía que
tiene un cuerpo que sufre una deformación. Su valor
depende de la constante de elasticidad del cuerpo (k)
y de lo que se ha deformado (x).
EE = ½ K.X2
La energía potencial elástica se mide en julios (J), la
constante elástica en newtons/metro (N/m) y el
alargamiento en metros (m).
Por ejemplo, cuando se estira una goma elástica,
almacena energía potencial elástica. En el momento
en que se suelta, la goma tiende a recuperar su
posición y libera la energía. En esto se basa la forma
de actuar de un tirachinas.
La energía potencial elástica
22. Conservación de la energía
Sistema mecánico en el cual se conserva la energía, para choque
perfectamente elástico y ausencia de rozamiento.
La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de
energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún
otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha
energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la
ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede
crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por
ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía
calorífica en un calefactor.
23. Fuerzas conservativas y no conservativas
Dentro de las fuerzas que sí realizan trabajo encontramos dos grupos, las fuerzas conservativas y las
no conservativas.
Fuerzas Conservativas
Las fuerzas conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un camino cerrado es nulo.
El trabajo depende de los puntos inicial y final y no de la trayectoria.
Fuerzas No Conservativas
En contraposición, las fuerzas no conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un
camino cerrado es distinto de cero. Estas fuerzas realizan más trabajo cuando el camino es más
largo, por lo tanto el trabajo no es independiente del camino.
24. Potencia
Se denomina potencia al cociente entre el trabajo efectuado y el tiempo
empleado para realizarlo. En otras palabras, la potencia es el ritmo al que el
trabajo se realiza. Un adulto es más potente que un niño y levanta con rapidez un
peso que el niño tardará más tiempo en levantar.
La unidad de potencia se expresa en Watt, que es igual a 1 Joule por segundo,
25. Eficiencia
En física, la eficiencia o rendimiento de un proceso o de un dispositivo es la
relación entre la energía útil y la energía invertida.
La parte de la energia que se pierde se disipa al ambiente en forma de calor
qu que se multiplica por 100 para
expresarla en porcentaje.
