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La mecánica

La mecánica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su
evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. El conjunto de disciplinas que abarca
la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques
principales:

Mecánica clásica: La mecánica clásica es una formulación de la mecánica para
describir el movimiento de sistemas de partículas físicas de sistemas macroscópicos y a
velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.

Existen varias formulaciones diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la
mecánica clásica que describen un mismo fenómeno natural. Independientemente de
aspectos formales y metodológicos, llegan a la misma conclusión.

-La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también
se le conoce con el gentilicio de newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en
relación a un observador a velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. Fue
construida en un principio para una sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio.

-La mecánica analítica Sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a
otros campos de la física. Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la
obra de Leibniz que propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes
básicas (menos oscuras según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero
ahora escalares, que son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están
relacionadas de forma diferencial


Mecánica cuántica: En física, la mecánica cuántica (conocida originalmente como
mecánica ondulatoria)1 2 es una de las ramas principales de la física, y uno de los más
grandes avances del siglo veinte para el conocimiento humano, que explica el
comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el
descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores
que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe como el
electrón, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de
estados los cuales, habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son
denominados autoestados de vector y valor propio



La Mecánica relativista: o Teoría de la Relatividad comprende:

   •   La Teoría de la Relatividad Especial, que describe adecuadamente el
       comportamiento clásico de los cuerpos que se mueven a grandes velocidades en
       un espacio-tiempo plano (no-curvado).
   •   La Teoría general de la relatividad, que generaliza la anterior describiendo el
       movimiento en espacios-tiempo curvados, además de englobar una teoría
       relativista de la gravitación que generaliza la teoría de la gravitación de Newton.
Una de las propiedades interesantes de la dinámica relativista es que la fuerza y la
aceleración no son en general vectores paralelos en una trayectoria curva, ya que la
relación entre la aceleración y la fuerza tangenciales es diferente que la que existe entre
la aceleración y fuerza normales.

La teoría cuántica de campos: es un marco teórico que aplica los principios de la
mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, como por ejemplo el
campo electromagnético. Mediante este formalismo puede describirse la evolución e
interacciones de un sistema compuesto de partículas cuánticas cuyo número no es
constante, esto es, que pueden crearse o destruirse.



La dispersión inelástica de neutrones en un cristal es el resultado de la interacción del
neutrón con los átomos de la red en vibración. El proceso se modela de manera más
sencilla al considerar los cuantos de las ondas sonoras del cristal, los fonones, ya que los
procesos relevantes involucran sólo dos cuerpos: el neutrón y un fonón absorbido o
emitido por el primero. La teoría cuántica de campos es el marco teórico que se utiliza
en tales procesos.

Su principal aplicación es a la física de altas energías, donde se combina con los
postulados de la relatividad especial. En ese régimen es capaz de acomodar todas las
especies de partículas subatómicas y sus interacciones, así como de realizar
predicciones muy genéricas, como la relación entre spin y estadística, la simetría CPT,
la existencia de antimateria, etc. Además es una herramienta importante en el contexto
de la física de la materia condensada, donde se utiliza para explicar fenómenos como la
superconductividad.

La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia
son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede
relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se
justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las
ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en
cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.
Segunda ley de Newton o Ley de fuerza
La segunda ley del movimiento de Newton dice que

el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea
recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por
qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento,
cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios
experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la
fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que
producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y
el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la
fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con
lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del
objeto.

En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:




Donde es la cantidad de movimiento y la fuerza total. Bajo la hipótesis de
constancia de la masa y pequeñas velocidades, puede reescribirse más sencillamente
como:



que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad
distinta para cada cuerpo es su masa de inercia, pues las fuerzas ejercidas sobre un
cuerpo sirven para vencer su inercia, con lo que masa e inercia se identifican. Es por
esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.

Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula
tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de
ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como
para la mecánica relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente
en las dos teorías: mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es
siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica
relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que
se mueve dicho cuerpo.

De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza o
newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el
newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le produce una
aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han de tener la misma
dirección y sentido.
La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de la
dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita para producir los diferentes
tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) y
uniformemente acelerado (m.r.u.a).

Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el vector suma
de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con
un resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una
aceleración descendente igual a la de la gravedad.

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La mecánica

  • 1. La mecánica La mecánica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales: Mecánica clásica: La mecánica clásica es una formulación de la mecánica para describir el movimiento de sistemas de partículas físicas de sistemas macroscópicos y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. Existen varias formulaciones diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la mecánica clásica que describen un mismo fenómeno natural. Independientemente de aspectos formales y metodológicos, llegan a la misma conclusión. -La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también se le conoce con el gentilicio de newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en relación a un observador a velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. Fue construida en un principio para una sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio. -La mecánica analítica Sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas (menos oscuras según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero ahora escalares, que son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial Mecánica cuántica: En física, la mecánica cuántica (conocida originalmente como mecánica ondulatoria)1 2 es una de las ramas principales de la física, y uno de los más grandes avances del siglo veinte para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe como el electrón, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados los cuales, habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados autoestados de vector y valor propio La Mecánica relativista: o Teoría de la Relatividad comprende: • La Teoría de la Relatividad Especial, que describe adecuadamente el comportamiento clásico de los cuerpos que se mueven a grandes velocidades en un espacio-tiempo plano (no-curvado). • La Teoría general de la relatividad, que generaliza la anterior describiendo el movimiento en espacios-tiempo curvados, además de englobar una teoría relativista de la gravitación que generaliza la teoría de la gravitación de Newton.
  • 2. Una de las propiedades interesantes de la dinámica relativista es que la fuerza y la aceleración no son en general vectores paralelos en una trayectoria curva, ya que la relación entre la aceleración y la fuerza tangenciales es diferente que la que existe entre la aceleración y fuerza normales. La teoría cuántica de campos: es un marco teórico que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, como por ejemplo el campo electromagnético. Mediante este formalismo puede describirse la evolución e interacciones de un sistema compuesto de partículas cuánticas cuyo número no es constante, esto es, que pueden crearse o destruirse. La dispersión inelástica de neutrones en un cristal es el resultado de la interacción del neutrón con los átomos de la red en vibración. El proceso se modela de manera más sencilla al considerar los cuantos de las ondas sonoras del cristal, los fonones, ya que los procesos relevantes involucran sólo dos cuerpos: el neutrón y un fonón absorbido o emitido por el primero. La teoría cuántica de campos es el marco teórico que se utiliza en tales procesos. Su principal aplicación es a la física de altas energías, donde se combina con los postulados de la relatividad especial. En ese régimen es capaz de acomodar todas las especies de partículas subatómicas y sus interacciones, así como de realizar predicciones muy genéricas, como la relación entre spin y estadística, la simetría CPT, la existencia de antimateria, etc. Además es una herramienta importante en el contexto de la física de la materia condensada, donde se utiliza para explicar fenómenos como la superconductividad. La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.
  • 3. Segunda ley de Newton o Ley de fuerza La segunda ley del movimiento de Newton dice que el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto. En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación: Donde es la cantidad de movimiento y la fuerza total. Bajo la hipótesis de constancia de la masa y pequeñas velocidades, puede reescribirse más sencillamente como: que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad distinta para cada cuerpo es su masa de inercia, pues las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo sirven para vencer su inercia, con lo que masa e inercia se identifican. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo. Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho cuerpo. De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza o newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han de tener la misma dirección y sentido.
  • 4. La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de la dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) y uniformemente acelerado (m.r.u.a). Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el vector suma de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con un resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.