Conceptos Clave de Física: Movimiento, Fuerzas y Gravitación
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Cinemática Rotacional: Conceptos Fundamentales
Aceleración Angular
La aceleración angular (denotada por la letra griega α) se define como el cambio que experimenta la velocidad angular por unidad de tiempo. Al igual que la velocidad angular, la aceleración angular tiene carácter vectorial. Se expresa en radianes por segundo al cuadrado (rad/s² o s⁻²), ya que el radián es una unidad adimensional.
Velocidad Angular
La velocidad angular (designada mediante la letra griega ω) es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
Desplazamiento Angular
Cuando el ángulo que describe el movimiento circular se expresa en radianes, se le denomina desplazamiento angular. Este representa la magnitud del giro de un objeto en movimiento circular, medido en radianes.
Movimiento Periódico y Ondulatorio
Periodo
El periodo (T) es el tiempo necesario para que un ciclo completo de vibración u oscilación pase por un punto dado. A medida que la frecuencia de una onda aumenta, el periodo de tiempo de la onda disminuye. La unidad para el periodo es el segundo (s).
Frecuencia
La frecuencia (f) se denomina a la cantidad de oscilaciones de un movimiento ondulatorio y vibratorio, calculada en una unidad temporal. La unidad de frecuencia es el hertz (Hz), que equivale a un suceso por segundo (s⁻¹). Por ejemplo, si en un segundo un evento se repite dos veces, su frecuencia será de dos hertz, y así sucesivamente.
Condiciones de Equilibrio en Física
Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio, deben cumplirse dos condiciones fundamentales:
Primera Condición de Equilibrio: Equilibrio de Traslación
Un cuerpo está en equilibrio de traslación si la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero. Esto implica que el cuerpo no experimenta aceleración lineal.
Segunda Condición de Equilibrio: Equilibrio Rotacional
Un cuerpo está en equilibrio rotacional si la suma de los momentos de torsión o torcas de las fuerzas que actúan sobre él respecto a cualquier punto es cero. Esto significa que el cuerpo no experimenta aceleración angular.
Leyes Fundamentales de la Mecánica y Gravitación
Leyes de Kepler del Movimiento Planetario
Las Leyes de Kepler describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol:
Primera Ley de Kepler (1609)
Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas. El Sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.
Segunda Ley de Kepler (1609)
El radio vector que une un planeta y el Sol recorre áreas iguales en tiempos iguales.
Tercera Ley de Kepler (1618)
Para cualquier planeta, el cuadrado de su periodo orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semieje mayor de su órbita elíptica.
Ley de Gravitación Universal de Newton
La Ley de Gravitación Universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Establece que la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Leyes del Movimiento de Newton
Las Leyes de Newton son los principios fundamentales que rigen el movimiento de los cuerpos:
Primera Ley de Newton: Ley de la Inercia
La Primera Ley de Newton 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. Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento continuará en movimiento con velocidad constante, a menos que una fuerza neta actúe sobre él.
Segunda Ley de Newton: Ley Fundamental de la Dinámica
La Segunda Ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo (F = ma).
Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción
La Tercera Ley de Newton, también conocida como Principio de Acción y Reacción, establece que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, este último realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.