El documento describe los principios fundamentales de la dinámica, incluyendo el principio de inercia de Galileo, los tres principios de Newton y su aplicación a diferentes situaciones como el movimiento circular, planetario y caída libre. También explica el principio de acción y reacción según el cual a toda fuerza de acción se opone otra fuerza de igual magnitud y sentido opuesto.
2. 1. El principio de inercia
Experimento de Galileo: Galileo ideó
experiencias para estudiar el movimiento
de los cuerpos
A: la bola adquiere una velocidad cada
vez mayor (movimiento acelerado)
impulsada por la fuerza de su peso.
B: la bola disminuye su velocidad hasta
pararse inducido por su peso (movimiento
retardado)
C: si la dejamos rodar por un plano
horizontal y liso, su movimiento sería
uniforme (no se detendría jamás)
3. Tras la serie de experiencias anteriores, Galileo llegó a la
conclusión que denominó PRINCIPIO DE INERCIA:
“Si algo se mueve, sin que nada lo toque y sin perturbación
alguna, se moverá eternamente siguiendo , a velocidad uniforme,
una línea recta y uniforme”
Este principio contradice las antiguas ideas de Aristóteles, según
las cuales no puede movimiento sin fuerza que lo mantenga.
En el año 1642, el mismo en el que muere Galileo, nace Isaac
Newton que retomó la tarea de relacionar las fuerzas y los
movimientos, que expresó de forma brillante en tres principios
denominados PRINCIPIOS DE LA DINÁMICA o también LEYES
DE NEWTON.
4. 2. Primer principio de la dinámica
Se refiere al principio de inercia de Galileo, que Newton enuncia:
Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, y estaba en reposo,
seguirá así, y si estaba en movimiento se mantendrá así, con
movimiento uniforme.
Decir que no actúa ninguna fuerza es lo mismo que decir que la
suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es nula.
Σ F = 0 → v = cons tan te
5. Importancia de las fuerzas de rozamiento
En el entorno en que vivimos
todo cuanto se mueve está
sometido a causas que
dificultan su desplazamiento:
las fuerzas de rozamiento.
Las fuerzas de rozamiento
son de naturaleza
electromagnética.
Cuanto más lisa y pulida esté
una superficie menor será la
fuerza de rozamiento. Sin
rozamiento el cuerpo no se
detendría.
6. El principio de relatividad de Galileo
De la primera ley de Newton se puede deducir la equivalencia
entre reposo y movimiento uniforme, ya que en ambos estados
todo ocurre del mismo modo.
Todas las leyes de la mecánica se cumplen igualmente en
cualquier sistema inercial (sistemas de referencia donde se
cumple el principio de inercia)
Mecánica es al parte de la física que engloba a la cinemática
(estudio del movimiento) y la dinámica (estudio de las relaciones
entre fuerzas y movimiento)
7. 3. El principio fundamental de la dinámica
Las fuerzas modifican el estado de reposo o de
movimiento de los cuerpos.
Las fuerzas, pues, no son las causas del movimiento;
solamente lo cambian.
Si un cuerpo tiene un movimiento acelerado (porque
cambia su velocidad, ya sea en módulo dirección o
sentido) podemos estar seguros de que una fuerza
está actuando sobre él.
Si un cuerpo tiene un movimiento rectilíneo uniforme es
porque ninguna fuerza actúa sobre él (o la suma de
fuerzas es nula)
8. Segunda ley de la dinámica o segunda ley de Newton:
“CUANDO UN CUERPO ES SOMETIDO A UNA FUERZA, CAMBIA
SU ESTADO DE REPOSO O MOVIMIENTO, ADQUIRIENDO UNA
ACELERACIÓN DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA
FUERZA APLICADA, E INVERSAMENTE PROPORCIONAL A SU
MASA”
F=m·a
Esta aceleración lleva la misma dirección y sentido que la
fuerza aplicada, o que la resultante de las fuerzas
Si la fuerza es constante, la aceleración también lo será.
La masa es la magnitud física que mide la inercia de los
cuerpos
Unidad de fuerza en el SI: Newton
1N=1kg·1m/s
9. 4. Aplicaciones del principio fundamental
de la dinámica
• El principio fundamental de la dinámica explica todas
las relaciones existentes entre fuerzas y movimientos;
por tanto aplicándolo adecuadamente, podremos
resolver cualquier problema de dinámica que se nos
presente.
• Algunos casos sencillos que vamos a estudiar:
1. Dinámica del movimiento circular
2. Movimiento planetario
3. Dinámica de la caída libre de los cuerpos
4. Caída por planos inclinados
10. Dinámica del movimiento circular
La fuerza que obliga a girar a la
piedra es perpendicular a su
velocidad, de forma que no
ac =
v2 modifica su módulo, sino solo su
r
dirección, forzando su
trayectoria a una circunferencia
(sin la fuerza sería una recta)
La aceleración centrípeta:
v2
ac =
r
Aplicando la 2ª ley de Newton
v2
Fc = m ⋅ ac = m ⋅ = m⋅ ω 2 ⋅ r
r
11. Movimiento planetario
Aproximando la órbita de un
planeta a una circunferencia
(en realidad son elipses)
Aplicando la fórmula anterior,
la Fc sería la fuerza
gravitatoria con que el Sol y
el planeta se atraen, m la
masa del planeta, v su
velocidad tangencial y r la
distancia Sol-planeta.
12. Dinámica de la caída libre de los cuerpos
La Tierra atrae a los cuerpos con
una fuerza a la que llamamos peso,
que es igual y de sentido contrario a
la fuerza con que los cuerpos atraen
a la Tierra.
Si tomamos un cuerpo cualquiera y
medimos su masa con una balanza y
su peso con un dinamómetro
comprobaremos que el cociente es
siempre el mismo: 9,8 N/kg (m/s2) . A
ese valor lo llamamos aceleración de
la gravedad terrestre (g)
P = m⋅ g
13. Caída por planos inclinados
Es un problema de geometría
Px
senα = → Px = P ⋅ senα
P
sen
Py
cos α = → Py = P ⋅ cos α
P
Px = m ⋅ a = P ⋅ senα
P ⋅ senα m ⋅ g ⋅ senα
a= = = g ⋅ senα
m m
14. 5. El principio de acción y reacción
Newton observó que las fuerzas son siempre
consecuencia de las interacciones de unos
cuerpos con otros.
La intensidad de las interacciones la medimos
mediante la magnitud fuerza.
En la naturaleza no hay fuerzas aisladas, sino
pares de fuerzas iguales y de sentido
contrario aplicadas cada una sobre uno de los
cuerpos que interaccionan.
Esta propiedad la tienen todas las
interacciones, sea cual sea su naturaleza:
eléctrica, gravitatoria etc.
Principio de acción y reacción: “A toda fuerza
de acción se opone otra de reacción, que
es de la misma naturaleza, de sentido
contrario y de igual magnitud”
15. Aplicando el principio de acción y reacción
• Fuerzas “a distancia” • Fuerzas de contacto
• Las fuerzas gravitatorias y • Solemos considerar de contacto
eléctricas actúan a grandes las fuerzas elásticas, las de
distancias; no necesitan el rozamiento estático y las
contacto de los cuerpos. tensiones de las cuedas.