Este documento presenta conceptos básicos sobre dinámica de partículas, equilibrio estático, fuerzas y las leyes de Newton. Explica que la dinámica estudia el movimiento de cuerpos considerando las causas, e introduce conceptos como fuerza normal, peso, fuerza externa y de fricción. También resume las tres leyes de Newton, incluyendo ejemplos para cada una.

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO (IUPSM)
DINÁMICA Y EQUILIBRIO ESTÁTICO
FÍSICA I
Alumno:
Luis Pato
V.-22.091.762
DICIEMBRE 2019

2. Dinámica de una partícula
CONCEPTOS BASICOS
La Dinámica de la partícula es una parte
de la Mecánica Newtoniana.
La dinámica de la partícula estudia el
movimiento de los cuerpos considerando
las causas que lo producen. Es una rama
de la Mecánica que abarca casi toda la
Mecánica Clásica. En la Mecánica Clásica
se restringe el estudio a los cuerpos
(partículas) grandes comparados con el
tamaño de un átomo (~10-10 m) y para
velocidades pequeñas comparadas con la
de la luz (~3x108 m/s).
Isaac Newton (1642-1727) es el
principal creador de la Mecánica Clásica.

3. Equilibrio Estático
CONCEPTOS BASICOS
La definición de equilibrio estático más
habitual utiliza la fuerza neta: un objeto está
en equilibrio estático cuándo la suma de las
fuerzas que actúan sobre él (fuerza neta o
resultante) es igual a cero.
Se tienen en cuenta tanto las fuerzas de
traslación como las fuerzas de torsión y por
tanto un objeto está en equilibrio estático si
está en equilibrio traslacional y en equilibrio
rotacional.
Otra definición más amplia define al
estado de equilibrio estático como aquel
estado de un objeto cuya posición en el
espacio tiene un gradiente de energía
potencial igual cero.
En esta definición el objeto puede
desplazarse a una velocidad constante e
implica que, aunque en nuestro marco de
observación pueda no parecerlo, siempre es
posible encontrar un marco de referencia
respecto al cual el objeto esté estacionario.

4. ¿Qué es fuerza y sus unidades?
Se le llama fuerza a cualquier acción o
influencia capaz de modificar el estado de
movimiento o de reposo de un cuerpo; es
decir, de imprimirle una aceleración
modificando su velocidad.
También puede definirse, como 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 todo agente capaz de
modificar la cantidad de movimiento o la
forma de los cuerpos materiales.
Para su mejor comprensión:
Un newton (N) es la fuerza que, aplicada a
un cuerpo que tiene una masa de 1
kilogramo, le comunica una aceleración de
1 metro por segundo cuadrado.
CONCEPTOS BASICOS

5. ¿Qué es fuerza y sus unidades?
Sus unidades:
Su unidad en el Sistema Internacional es
el Newton (N). Un Newton es la fuerza que
al aplicarse sobre una masa de 1 Kg le
provoca una aceleración de 1 m/s2.
Kilogramo fuerza
Para evitar la confusión entre esta unidad
de medida y de masa, el kilogramo, algunos
países como Austria, denomina al kilogramo
fuerza con símbolo (kp) .
Dina
Unidad de medida de fuerza del Sistema
CGS. En los libros alemanes también la
llamada "dina grande" que es igual a 105
dyn o sea un newton.
CONCEPTOS BASICOS

6. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Fuerza Normal
Si un cuerpo está apoyado sobre una superficie rígida, la acción de su peso
debería hacer que se hundiese en ella, sin embargo esto generalmente no es
así. Entonces, ¿Por qué no se hunde?. La lógica y el principio fundamental de
Newton, nos dicen que debe existir alguna fuerza que anule el peso del cuerpo
y permita mantenerlo en reposo. Esa fuerza, recibe el nombre de fuerza
normal, reacción normal o simplemente normal, N.
La fuerza normal, reacción normal o simplemente normal (N) es una fuerza
que ejerce una superficie sobre un cuerpo que se encuentra apoyado en ella.
Su dirección es perpendicular a la superficie de apoyo y su sentido es hacia
afuera.

7. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Fuerza Normal

8. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Peso
El peso (P) de un cuerpo en un punto es la fuerza gravitatoria que actúa sobre
él. Su unidad en el S.I. es el Newton (N) y matemáticamente se expresa como:
donde:
m: es la masa del cuerpo que sufre la fuerza gravitatoria.
g→: es la gravedad en el punto en el que se encuentra dicho cuerpo

9. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Fuerza Externa
Son todas aquellas fuerzas exteriores al cuerpo o la partícula que afectan su
estado de reposo o de movimiento
F21
F22
F23
Traslación: R – Resultante de la fuerza
Rotación: Mo - (Momento de la Fuerza)
F2
F3
F1
F4
F1, F2, F3, F4: Fuerzas externas
F3
F1
F4
F11
F12
F13
Fuerzas internas

10. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Fuerza de Fricción
La fuerza de rozamiento o de fricción (FR−→) es una fuerza que surge por el
contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento.
A grandes rasgos, las características de la fuerza de rozamiento se pueden
resumir en los siguientes puntos:
+ Se opone al movimiento de un cuerpo que se desliza en contacto con otro.
Depende de 2 factores:
+ La naturaleza de los materiales que se encuentran en rozamiento y el
tratamiento que han seguido. Este factor queda expresado por un valor
numérico llamado coeficiente de rozamiento o de fricción.
+ La fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, es decir, la fuerza normal.

11. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Clases de Fuerzas de Fricción
+ Cuando el cuerpo está en reposo
La fuerza de rozamiento tiene el mismo módulo, dirección y sentido contrario
de la fuerza horizontal (si existe) que intenta ponerlo en movimiento sin
conseguirlo.
+ Cuando el cuerpo está en movimiento
Como la fuerza de rozamiento depende de los materiales y de la fuerza que
ejerce uno sobre el otro, su módulo se obtiene mediante la siguiente expresión:
donde:
FR es la fuerza de rozamiento
μ es el coeficiente de rozamiento o de fricción
N es la fuerza normal

12. Explicar las siguientes fuerzas: fuerza Normal, peso, fuerza externa, fuerza de
fricción y sus clases y tensión.
CONCEPTOS BASICOS
Clases de Fuerzas de Fricción

13. GEOLOGÍA: CONCEPTOS BASICOS
Grafica bajo un diagrama de cuerpo libre (DCL) las fuerzas mencionadas
anteriormente.

14. ¿Determinar cuáles son las tres leyes de Newton?
CONCEPTOS BASICOS
Primera Ley de la Inercia
Un cuerpo conserva su movimiento rectilíneo uniforme o reposo, a menos
que exista una Fuerza que cambie su condición de reposo o movimiento
Segunda Ley de Newton
La Fuerza F es proporcional al cambio en la cantidad de movimiento por
unidad de tiempo
Tercera Ley de Newton
A toda acción se opone una reacción de igual magnitud y dirección, contraria
en sentido.

15. Explicar con dos ejemplos cada una de las leyes de Newton.
CONCEPTOS BASICOS
Primera Ley de la Inercia
Un cuerpo conserva su movimiento rectilíneo uniforme o reposo, a menos
que exista una Fuerza que cambie su condición de reposo o movimiento
1. Un automóvil estacionado. Porque no hay nada que ejerza una fuerza sobre
el auto para que éste se mueva.
2. Una persona sentada sin moverse.
3. Un objeto que está en el suelo.
4. Una piedra en el suelo.
5. Los planetas girando alrededor de su estrella a menos que un asteroide
choque con alguno de estos, lo que puede producir movimientos por inercia del
impacto.

16. Explicar con dos ejemplos cada una de las leyes de Newton.
CONCEPTOS BASICOS
Segunda Ley de la Inercia
La Fuerza F es proporcional al cambio en la cantidad de movimiento por
unidad de tiempo
1. Un estudiante llega hasta una clase, pero al ingresa al aula, se da cuenta que
no hay asientos dónde sentarse puesto que todos están ya ocupados. Pronto,
sale del aula en busca de bancos y sillas. Mientras el estudiante traslada la silla
ejerce una determinada fuerza y velocidad, pero, al querer desplazar una mesa
(cuya masa es superior a la de la silla) el estudiante se desacelera en su
velocidad, debido a que la masa es mayor a la de la silla primero trasladada.
2. Si Pedro pesa 50 kg y Juan lo empuja, Juan necesitará usar determinada
fuerza sobre Pedro para moverlo. Ahora si Juan empuja a Raúl que pesa 100 kg
es probable que Raúl se mueva menos que Pedro tras el empujón de Juan.
Entonces Juan necesitará mucha más fuerza para empujar a Raúl que para
empujar a Pedro.

17. Explicar con dos ejemplos cada una de las leyes de Newton.
CONCEPTOS BASICOS
Segunda Ley de la Inercia
La Fuerza F es proporcional al cambio en la cantidad de movimiento por
unidad de tiempo
3. Si una señora enseña a andar en bicicleta a dos niños; uno de 4 años y otro
de 10 años deberá ejercer más fuerza al empujar al niño de 10 años pues su
peso es mayor. Entonces si ejerce la misma fuerza al empujar al niño de 4 años
que al niño de 10, éste último no logrará desplazarse tan a prisa como sí lo
haría el primero (que al ser más liviano necesita una fuerza menor por parte de
la señora).

18. Explicar con dos ejemplos cada una de las leyes de Newton.
CONCEPTOS BASICOS
Tercera Ley de Newton
A toda acción se opone una reacción de igual magnitud y dirección, contraria
en sentido.
1. Si una bola de billar golpea a otra, la segunda se desplazará con la misma
fuerza con la que se desplaza la primera. Esto ocurre siempre y cuando ninguna
de las dos golpeen contra otro objeto que las desacelera.
2. Cuando un jugador de fútbol patea una pelota, este jugador recibe la misma
fuerza con la que él pateó, pero por parte de la pelota.
3. Una persona que sube una escalera apoya su pie sobre un peldaño. Este
peldaño ejerce la fuerza opuesta sobre el pie para que éste no se quiebre.

19. Explicar con dos ejemplos cada una de las leyes de Newton.
CONCEPTOS BASICOS
Ejemplos de las tres Leyes de Newton
1. Una persona está sentada en el banco de suplentes de un juego deportivo
(estado de reposo o inercia: 1° ley). Luego, el entrenador llama a esta persona
para que ingrese como jugador. El jugador se prepara (2° ley) y se levanta del
banco en dirección al campo de juego (3° ley).
2. Una persona montando una bicicleta. Cuando la bicicleta está quieta se
produce la primera ley de Newton. En cuanto la persona comienza a andar se
produce la 2° ley puesto que los músculos se preparan para pedalear. En el
momento del pedaleo mismo, se produce la 3° ley ya que se ejerce una
reacción de la bicicleta hacia la persona que está pedaleando con la intención
de desplazarse.

20. ¿Qué se entiende por cuerpo rígido?
CONCEPTOS BASICOS
Un cuerpo rígido se define como aquel que no sufre deformaciones por
esfuerzo de fuerzas externas, es decir, un sistema de partículas cuyas
posiciones relativas no cambian. Sin embargo, las estructuras y máquinas reales
nunca son absolutamente rígidas y se deforman bajo la acción de cargas que
actúan sobre ellas. Un cuerpo rígido es una idealización, que se emplea para
efectos de estudios de Cinemática, ya que esta rama de la Mecánica,
únicamente estudia los objetos y no las fuerzas exteriores que actúan sobre
ellos.

21. ¿Qué se entiende por momento de torsión y sus unidades?
CONCEPTOS BASICOS
Es una magnitud física que mide la tendencia de la fuerza a hacer girar un
cuerpo alrededor de un eje que pasa por un punto
x
y z
X
Y
Z
ZK
Yj
Xi
FZk
FXi
FYj
F
r
MYj
MXi
MZk
MO

22. ¿Qué se entiende por momento de torsión y sus unidades?
CONCEPTOS BASICOS
Es una magnitud física que mide la tendencia de la fuerza a hacer girar un
cuerpo alrededor de un eje que pasa por un punto
Forma Vectorial
r: Vector posición de la Fuerza
Mo: Momento es Perpendicular a la fuerza y el Vector Posición
MO
r
d

O
A

F
Forma Escalar
Distancia es perpendicular a la
fuerza
Sean los siguientes vectores:

23. ¿Qué se entiende por momento de torsión y sus unidades?
CONCEPTOS BASICOS
El momento dinámico se expresa en unidades de fuerza por unidades de
distancia. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad se denomina
newton metro o newton_metro, indistintamente. Su símbolo debe escribirse
como N m o N•m (nunca m N, que indicaría milinewton).
Si bien, dimensionalmente, N·m parece equivaler al julio, no se utiliza esta
unidad para medir momentos, ya que el julio conceptualmente es unidad de
trabajo o energía, que son conceptualmente diferentes a un momento de
fuerza. El momento de fuerza es una magnitud vectorial, mientras que la
energía es una magnitud escalar.
En el sistema Inglés, es Libras-pie (Lbf.pie)

24. ¿Qué se entiende por centro de masa?
CONCEPTOS BASICOS
El centro de masas representa el punto en el que suponemos que se
concentra toda la masa del sistema para su estudio. Es el centro de simetría de
distribución de un sistema de partículas.
Recuerda que en dinámica podemos usar el modelo del sólido rígido, frente al
de partícula puntual, cuando las dimensiones del cuerpo que estamos
estudiando no son despreciables frente a la trayectoria que describe. En este
apartado vamos a estudiar las magnitudes cinemáticas y dinámicas referidas al
centro de masas de un sólido rígido discreto, es decir, aquel en el que se
pueden distinguir las partículas que lo componen.

25. ¿Qué se entiende por centro de masa?
CONCEPTOS BASICOS
La posición del centro de masas de un sólido rígido discreto viene dada por:
Donde:
n : Número de partículas del sistema
r→CM ,r→i: Vector de posición del centro de masas y de cada una de las
partículas que componen el sistema respecto al mismo sistema de referencia.
Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro ( m )
mtotal, mi : Masa total del cuerpo y de cada partícula respectiva que compone
el sistema. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kilogramo
(kg)

26. ¿Cuáles son las condiciones para que un cuerpo rígido este en equilibrio total?
CONCEPTOS BASICOS
Un cuerpo está en equilibrio cuando el sistema de fuerzas se puede reducir a
un sistema equivalente nulo Cualquier sistema de fuerzas se puede reducir a
una fuerza resultante única y a un par resultante referidos a un punto
arbitrariamente seleccionado. Equilibrio de un cuerpo rígido
Las condiciones de equilibrio
se muestran a continuación para
cada condición:
Equilibrio
Estático (Reposo)
Dinámico (Movimiento)

27. Desarrollado por: Luis J. Duarte B.
Final
Final…
Equilibrio y Dinámica
de la Partícula