Conceptos Esenciales de la Mecánica Clásica y Leyes de Newton

Conceptos Esenciales de la Mecánica Clásica

Este documento presenta una recopilación de definiciones esenciales y principios clave de la mecánica clásica, fundamentales para comprender el movimiento y las interacciones de los cuerpos en el universo.

Definiciones Básicas de la Mecánica

Inercia

Tendencia que manifiestan los cuerpos a continuar en su estado de movimiento (o reposo) si no hay fuerzas externas que actúen sobre ellos.

Masa

Es la medida cuantitativa de la inercia de un cuerpo.

Cantidad de Movimiento / Momento Lineal

Es la magnitud vectorial que relaciona la masa y la velocidad de un cuerpo. Caracteriza el estado de movimiento de un cuerpo y se mide en kilogramos por metro sobre segundo (kg·m/s).

Leyes de Newton del Movimiento

Primera Ley de Newton (Principio de Inercia)

Un cuerpo sobre el que no actúan fuerzas (o en el que las fuerzas que actúan se anulan entre sí) permanece en reposo o moviéndose con velocidad constante. En consecuencia, su cantidad de movimiento permanece constante.

Sistemas de Referencia Inerciales

Son sistemas de referencia en reposo o con velocidad constante. En ambos se cumple por igual el principio de la inercia y, por ende, las leyes físicas.

Sistemas de Referencia No Inerciales

Son los sistemas de referencia en rotación o, en general, acelerados. En ellos no se cumplen las leyes de Newton del mismo modo que en los sistemas inerciales.

Segunda Ley de Newton (Principio Fundamental de la Dinámica)

• Toda interacción se produce entre dos (o más) cuerpos.
• Las interacciones no requieren necesariamente que los cuerpos entren en contacto (pensemos, por ejemplo, en la acción gravitacional).
• El efecto de toda interacción es la modificación de la velocidad (aumenta, disminuye o cambia de dirección o sentido) y, por tanto, la existencia de aceleración.
• Esto se traduce en que el efecto de toda interacción es la modificación de la cantidad de movimiento o momento lineal, expresado por la fórmula F = m·a.

Tercera Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción)

Cuando dos cuerpos interactúan, se ejercen mutuamente fuerzas iguales y de sentidos opuestos. Las fuerzas de acción y de reacción actúan sobre cuerpos distintos; de lo contrario, sería imposible modificar los movimientos de los cuerpos.

Conceptos Adicionales de Fuerza y Energía

Impulso Mecánico

Es la magnitud que combina la fuerza aplicada y el tiempo que dura su aplicación. Se mide en Newton por segundo (Ns).

Fuerza Gravitacional

Entre dos cuerpos es atractiva, proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Su expresión es F_grav = -G·(m·m')/r²·u_r.

Peso

De un cuerpo es la fuerza gravitacional que actúa sobre él. Se calcula como P = G·(m·m')/r² (o más comúnmente como P = m·g cerca de la superficie terrestre).

Fuerza Restauradora

La fuerza que un muelle o resorte ejerce sobre un cuerpo es proporcional a la deformación producida y actúa oponiéndose a la misma (Ley de Hooke).

Componente Tangencial del Peso

En la dirección de un plano inclinado, es la fuerza que obliga a los cuerpos a descender por él. Se calcula como P_T = mg·sen(α).

Trabajo Mecánico

Realizado por una fuerza constante, F, que actúa sobre un cuerpo que experimenta un desplazamiento, ΔR, es igual al producto escalar entre la fuerza y el desplazamiento.

Julio (Joule)

Unidad de trabajo mecánico en el Sistema Internacional (SI). Se define como el trabajo que realiza una fuerza de 1 Newton (N) aplicada en la dirección del movimiento para producir un desplazamiento de 1 metro (m). Así, 1 J = 1 N·m.

Potencia

Rapidez con que se realiza un trabajo. Se calcula como P = ΔW/Δt.

Vatio (Watt)

Unidad de potencia en el SI. Es la potencia desarrollada cuando se realiza el trabajo de 1 julio en 1 segundo. Así, 1 W = 1 J/s.

Fuerzas Conservativas

Son las fuerzas bajo cuya acción se conserva la energía mecánica total del sistema (como la fuerza gravitatoria).

Fuerzas Disipativas / No Conservativas

Son las fuerzas cuya acción disipa o se pierde la energía mecánica del sistema (ejemplo: la fuerza de rozamiento).