Fundamentos de Dinámica, Gravitación y Mecánica de Fluidos

Dinámica: Conceptos Fundamentales

La dinámica es la parte de la física que estudia el movimiento en relación con las causas que lo producen, es decir, las interacciones entre los cuerpos.

Leyes de Newton

• 1.ª Ley (Ley de Inercia): Los cuerpos tienen tendencia a no cambiar su estado. Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza (R=0), el cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.
• 2.ª Ley: Si sobre un cuerpo actúa una resultante, este adquiere una aceleración inversamente proporcional a su masa (F=m·a).
• 3.ª Ley (Acción-Reacción): Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo responde con una fuerza de igual magnitud y sentido contrario.

Aplicaciones de la 2.ª Ley

• Peso (P): Módulo = m·g; Dirección: vertical; Sentido: hacia el centro de la Tierra.
• Normal (N): Módulo = m·g; Dirección: perpendicular a la superficie; Sentido: alejándose de la superficie.
• Fuerza de rozamiento (Fr): Módulo: Fr = μ·N; Dirección: paralela al movimiento; Sentido: contrario al movimiento.

Movimiento horizontal: Se descompone en ejes: eje x (ΣF = m·a) y eje y (ΣFy = 0).

Tensión en cuerpos entrelazados: Módulo: ΣF = m·a; Dirección: a lo largo de la cuerda; Sentido: el de la fuerza aplicada.

Dinámica del MCU y Gravitación

Dinámica del Movimiento Circular Uniforme (MCU)

Existe una fuerza centrípeta (Fc): Módulo: Fc = m·a = m·(v²/r); Dirección: radio de la circunferencia; Sentido: hacia el centro.

Leyes de Kepler

1. Los planetas giran alrededor del Sol en órbitas elípticas con el Sol en uno de los focos.
2. La línea que une el Sol con un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
3. El cuadrado del periodo de un planeta es directamente proporcional al cubo de su radio medio: T² = K·R³ (T₁²/R₁³ = T₂²/R₂³).

Ley de Gravitación Universal

Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa: Fg = G·(m₁·m₂)/r².

Gravedad: g = (G·M_tierra) / (R_tierra + h)².

Movimiento de satélites: v = √((G·M_tierra)/r); v = √((G·M_tierra)/(r+h)); V_orbital = (2πR)/T.

Mecánica de Fluidos

Presión

Se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie: p = F/S. Unidad: Pascales (Pa).

Presión Hidrostática

p = F_peso/S = (m·g)/S = d·v·g/S = d·g·h. Diferencia de presión: Pb - Pa = d·g·(hb - ha).

Principios Fundamentales

• Tubos en U: Si es un solo líquido, alcanza la misma altura. Con dos líquidos inmiscibles: Pa = Pb → d₁·h₁ = d₂·h₂.
• Principio de Pascal: p₁ = F₁/S₁; p₂ = p₁; F₁/S₁ = F₂/S₂.
• Presión atmosférica: p = d·g·h. Equivalencia: 1 atm = 760 mm Hg = 1,013·10⁵ Pa.
• Presión de gases en recipientes: V = k/p → V₁·P₁ = V₂·P₂.
• Principio de Arquímedes: E = Peso del fluido desalojado. E = P_fluido · V_sumergido · g.

Nota: E = P - P_aparente; d = m/V; P = m·g; m = d·V; V = π·r²·h.