Fundamentos de la Dinámica y Leyes de Newton

Conceptos Fundamentales de la Fuerza

La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial. Es importante destacar que no es una propiedad de la materia; los cuerpos no tienen fuerza, sino que la ejercen sobre otros o la reciben de ellos. Las fuerzas son el producto de la interacción entre dos cuerpos y su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton (N).

Las fuerzas provocan principalmente dos efectos:

• Cambiar el estado de movimiento de los cuerpos.
• Producir deformaciones en ellos.

Tipos de Fuerzas y Leyes Universales

Fuerza Elástica

Se trata de una fuerza variable que depende directamente del alargamiento o la compresión de un muelle (resorte), lo que produce una aceleración que también es variable.

Ley de la Gravitación Universal

Establece que dos cuerpos separados por una distancia determinada se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta fuerza es universal, siempre atractiva y de dirección central (la línea de acción en la que se asienta siempre pasa por el mismo punto).

Principios de la Dinámica (Leyes de Newton)

Primer Principio: Principio Universal de la Inercia

Un cuerpo libre (aquel sobre el que no actúa ninguna fuerza o cuya fuerza resultante es nula) permanece en su estado de movimiento, ya sea en reposo o en Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU).

La inercia es la tendencia natural de los cuerpos a mantener su estado de movimiento y es una propiedad que poseen todos los cuerpos. En este contexto, Newton introduce dos conceptos fundamentales:

• Fuerza: Causa de los cambios en el estado de movimiento.
• Masa inercial: Propiedad de la materia que mide la resistencia que esta opone a que se modifique su estado de movimiento.

Se considera que una partícula está en equilibrio si se encuentra en reposo o en MRU, dado que su velocidad es constante (v = const).

Segundo Principio: Principio Fundamental

La fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que le comunica, siendo esta constante de proporcionalidad la masa del cuerpo. La fuerza total que actúa sobre un cuerpo tiene siempre la misma dirección y sentido que la aceleración que produce, no necesariamente de la velocidad que lleva.

Tercer Principio: Principio de Acción y Reacción

Todo cuerpo que ejerce una fuerza (acción) sobre otro cuerpo, sufre simultáneamente una fuerza por parte del segundo cuerpo (reacción). Ambas fuerzas poseen la misma dirección, el mismo módulo y sentidos opuestos.

Momento Lineal e Impulso Mecánico

Momento Lineal o Cantidad de Movimiento

El momento lineal de un cuerpo es una magnitud vectorial igual al producto de su masa por su velocidad. Al actuar una fuerza sobre un cuerpo, varía su cantidad de movimiento. Este vector tiene la misma dirección y sentido que el vector velocidad. Su significado físico radica en que representa el cambio en la cantidad de movimiento de un cuerpo.

Impulso Mecánico

Es una magnitud vectorial igual a la fuerza aplicada multiplicada por el tiempo de aplicación. Su dirección y sentido son iguales a los del vector fuerza.

Teorema del Impulso Mecánico

Este teorema establece que el impulso mecánico ejercido sobre un cuerpo se invierte íntegramente en variar su cantidad de movimiento o momento lineal.