Composición de Movimientos y Naturaleza de las Fuerzas: Conceptos Fundamentales de Física
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Composición de Movimientos
En la naturaleza, existen movimientos en dos dimensiones. Dichos movimientos, a los que llamamos compuestos, son la combinación de dos o más movimientos simples. Para estudiarlos, debemos:
- Distinguir claramente la naturaleza de cada uno de los movimientos simples componentes.
- Aplicar a cada movimiento componente sus propias ecuaciones.
- Obtener las ecuaciones del movimiento compuesto teniendo en cuenta que:
- La posición del móvil se obtiene sumando vectorialmente los vectores de posición de los movimientos componentes: r = rx + ry.
- La velocidad se obtiene sumando vectorialmente los vectores de velocidad de los movimientos componentes: v = vx + vy.
- El tiempo empleado en el movimiento compuesto es igual al tiempo empleado en cualquiera de los movimientos componentes.
Naturaleza de las Fuerzas
Definición de Fuerza
Una fuerza es toda acción capaz de cambiar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir en él alguna deformación.
Los efectos que las fuerzas producen sobre los cuerpos varían según las características de estos.
Efectos de las Fuerzas
Sólidos Deformables
Estos cambian de forma fácilmente al aplicarles una fuerza. Ello se debe a que sus partículas están enlazadas débilmente y pueden variar sus posiciones, separándose o acercándose, bajo la acción de fuerzas externas.
El efecto de las fuerzas ejercidas sobre sólidos deformables depende del punto donde se apliquen y consiste generalmente en la deformación del cuerpo.
Un caso especial lo constituyen los sólidos elásticos. Estos cuerpos recuperan su forma original cuando cesa la fuerza que provoca la deformación.
Sólidos Rígidos
Estos no cambian prácticamente su estado al aplicarles una fuerza. Ello se debe a que sus partículas están fuertemente enlazadas.
El efecto de las fuerzas ejercidas sobre sólidos rígidos consiste en cambiar su estado de reposo o movimiento. Dos fuerzas cualesquiera con el mismo módulo, dirección y sentido producirán idéntico efecto sobre un sólido rígido si se ejercen sobre la misma recta de aplicación.
Ley de Hooke
Los cuerpos elásticos se deforman al aplicarles una fuerza.
La deformación que sufre un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada:
F = kΔL = k(l - l0)
Donde:
- F es la fuerza aplicada.
- k es la constante elástica del cuerpo.
- ΔL es la variación de longitud.
- l es la longitud final.
- l0 es la longitud inicial.
Fuerza Resultante de un Sistema
La fuerza resultante de un sistema de fuerzas que actúa sobre un cuerpo es la suma vectorial de todas las fuerzas del sistema.
El concepto de fuerza resultante se aplica tan solo a sólidos rígidos, en los que el conjunto de fuerzas del sistema tiende a modificar el estado de reposo o de movimiento del cuerpo, pero no a deformarlo.
El cálculo de la resultante del sistema de fuerzas que actúa sobre un sólido rígido se denomina composición de fuerzas.
Composición de Fuerzas Concurrentes
Son aquellas fuerzas cuyas líneas de acción se cortan en un punto.
Cuando calculamos la fuerza resultante de un sistema de fuerzas concurrentes, suponemos que todas las fuerzas se aplican sobre un mismo punto del sólido.