Fundamentos de la Dinámica: Leyes de Newton y Tipos de Fuerzas

Dinámica: El Estudio del Movimiento y sus Causas

La dinámica es la rama de la física que estudia las causas que provocan los cambios en el movimiento de los cuerpos.

El Newton (N)

Un Newton (N) se define como la fuerza que, aplicada a un cuerpo de 1 kg de masa, le comunica una aceleración de 1 m/s².

Efectos de las Fuerzas sobre los Cuerpos

Las fuerzas pueden producir dos tipos de efectos en los cuerpos:

• Modificar su estado de movimiento: Cambiar su velocidad (acelerar, frenar o cambiar de dirección).
• Producir deformaciones: Alterar su forma.

Interacción Gravitatoria

Dos cuerpos cualesquiera se atraen con una fuerza mutua cuyo valor es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Las Leyes de Newton

H3: Primer Principio: Principio de Inercia

Un cuerpo libre, es decir, un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza o la suma de las fuerzas que actúan es nula (0), permanece en su estado de reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme (MRU).

La masa inercial es la propiedad de la materia que mide la resistencia que esta opone a que se modifique su estado de movimiento.

H3: Segundo Principio: Principio Fundamental de la Dinámica

La fuerza neta (o total) que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que adquiere. La fuerza total tiene la misma dirección y sentido que la aceleración que produce, no necesariamente que la velocidad que lleva el cuerpo.

H3: Tercer Principio: Principio de Acción y Reacción

Si un cuerpo A ejerce una fuerza (acción) sobre un cuerpo B, el cuerpo B ejerce simultáneamente sobre A otra fuerza (reacción) de la misma intensidad y dirección, pero de sentido contrario.

Conceptos Fundamentales en Dinámica

Equilibrio de una Partícula

Una partícula se encuentra en equilibrio si la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella es nula (cero).

Momento Lineal o Cantidad de Movimiento (p)

Es una magnitud vectorial que relaciona las dos variables que caracterizan el movimiento de un cuerpo: su masa inercial y su velocidad. Se calcula como el producto de ambas: p = m · v.

Impulso Mecánico (I)

Es una magnitud que mide el efecto que produce una fuerza según el tiempo que esté aplicada sobre un cuerpo. Se calcula como el producto de la fuerza por el intervalo de tiempo: I = F · Δt.

Tipos de Fuerzas Comunes

Peso (P)

Es la fuerza de atracción gravitatoria ejercida por la Tierra sobre cualquier cuerpo con masa que se encuentre en su proximidad. Su dirección es la del radio terrestre y su sentido es siempre hacia el centro del planeta.

Fuerza Normal (N)

Es la fuerza de reacción que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado en ella. Su dirección es siempre perpendicular a la superficie de apoyo, y su valor y sentido son los necesarios para mantener al cuerpo sobre la superficie.

Fuerza de Rozamiento (Fr)

Es la fuerza que se opone al deslizamiento de un cuerpo sobre otro. Su dirección es paralela a la superficie de contacto y su sentido es siempre opuesto al movimiento o a la tendencia de movimiento.

Tensión (T)

Es la fuerza que se transmite a través de una cuerda, cable o hilo cuando está tenso. Mantiene unidos los cuerpos enlazados y su dirección es siempre la de la propia cuerda.

Fuerza de Inercia

Es una fuerza aparente o ficticia que se introduce en sistemas de referencia no inerciales para poder aplicar las leyes de Newton. Su dirección es la misma que la de la aceleración del sistema, pero su sentido es contrario. Su valor se calcula como el producto de la masa por la aceleración del sistema.

Fuerza Elástica (Fe)

Es la fuerza restauradora que ejerce un cuerpo elástico (como un muelle) cuando es deformado. Su dirección es la de la deformación, su sentido es contrario a esta (tiende a devolver el cuerpo a su posición de equilibrio), y su valor es directamente proporcional a la deformación (Ley de Hooke).