Fundamentos de la Dinámica y Leyes de Interacción Física
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Leyes de Newton
Primera Ley de Newton
Si no actúan fuerzas sobre un cuerpo, este continúa en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme.
∑F = 0; v = cte
Segunda Ley de Newton
La aceleración (a) experimentada por un cuerpo de masa m es directamente proporcional a la fuerza resultante (FT) e inversamente proporcional a la masa.
Tercera Ley de Newton
Si una partícula A ejerce sobre otra partícula B una fuerza (FB,A), entonces la partícula B ejerce sobre la partícula A una fuerza igual y opuesta (FA,B).
FBA = -FAB
Ley de la Gravitación Universal
La fuerza de interacción entre dos masas cualesquiera es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros. Esta fuerza es de atracción y se ejerce a lo largo de la línea que une sus centros.
Matemáticamente: F2,1 = -G (m1m2 / r2) Ur
- F2,1: Es la fuerza sobre el cuerpo m2 debido al cuerpo m1.
- G: Es la constante de gravitación universal. Su valor en el SI es 6,67 x 10-11 N·m²/kg².
- Ur: Es un vector unitario que apunta en la dirección entre las dos masas, desde m1 hacia m2.
- El signo negativo indica que la fuerza es atractiva.
Ley de Coulomb
Dos cuerpos con cargas q1 y q2 separados una distancia d interaccionan con una fuerza directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
F2,1 = K (q1q2 / d2) Ur
- F: Fuerza sobre q2 debido a la presencia de q1.
- Ur: Vector unitario con sentido de q1 hacia q2.
- K: Constante cuyo valor depende del medio. En el vacío, su valor es 8,99 x 109 N·m²/C².
El signo resultante del producto de las cargas indica el sentido: si son del mismo signo, la fuerza es repulsiva; si son de distinto signo, es atractiva.
Fuerzas de Contacto y Rozamiento
La Fuerza Normal
Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre una superficie, esta ejerce una fuerza de reacción sobre el cuerpo denominada fuerza normal. Es perpendicular al plano tangente a la superficie de apoyo y dirigida hacia el exterior.
Fuerzas de Rozamiento
Es la fuerza que se opone al movimiento, con sentido opuesto a la velocidad.
- Fuerza estática de rozamiento: Su valor es variable hasta alcanzar el umbral de movimiento.
- Fuerza cinética de rozamiento: No depende del área de contacto. Su módulo es proporcional al módulo de la fuerza normal y tiene sentido opuesto a la velocidad.
Otras Magnitudes Físicas
La Fuerza Tensión
La tensión (T) es una fuerza dirigida a lo largo de una cuerda, con sentido alejándose del cuerpo al que está sujeta.
Momento Lineal
El momento lineal (p) de una partícula de masa m que se mueve a una velocidad v es el producto de la masa por la velocidad: p = m · v