Movimiento, fuerzas y leyes de la dinámica: conceptos esenciales de física

Movimiento

Definición: Un cuerpo se mueve si cambia de posición con respecto a un sistema de referencia. El movimiento depende del sistema de referencia (es un punto o un conjunto de puntos que se utilizan para determinar si un cuerpo se mueve). Un cuerpo está en movimiento si cambia de posición respecto al sistema de referencia a medida que pasa el tiempo, y está en reposo si su posición no cambia.

Sistema de referencia

Sistema de referencia: punto o conjunto de puntos que permiten determinar la posición y el movimiento de un cuerpo.

Conceptos vectoriales

Vector: Un vector es un segmento orientado.

• Módulo: tamaño del vector.
• Dirección: dirección de la recta que contiene al vector.
• Sentido: indica hacia dónde se mueve el cuerpo.

Trayectoria

Trayectoria: camino que describe el móvil en su recorrido.

• Rectilíneo: trayectoria recta.
• Curvilíneo: trayectoria en una línea curva.

Desplazamiento

Desplazamiento: vector que tiene su origen en el punto inicial del movimiento y su extremo en el punto final del movimiento.

Velocidad

Velocidad: magnitud que indica el desplazamiento que experimenta un móvil por unidad de tiempo.

Aceleración

Aceleración: magnitud que mide cuánto varía la velocidad de un móvil por unidad de tiempo.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)

MRUA: movimiento con aceleración constante.

Caída libre

Caída libre: movimiento bajo la aceleración de la gravedad (g ≈ 9,8 m/s²). Ecuaciones comunes:

v_f = v₀ - 9,8·t

y_f = y₀ + v₀·t - ½·9,8·t²

Movimiento periódico

• Periodo (T): tiempo que tarda el movimiento en dar una vuelta completa.
• Frecuencia (f): número de veces que se repite el movimiento en un segundo. (f = 1/T)

Fuerza y dinámica

Fuerza: causa capaz de provocar una deformación o un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo.

Tipos de cuerpos

• Rígidos: no se deforman.
• Elásticos: se deforman pero recuperan su forma.
• Plásticos: se deforman y no recuperan su forma.

Ley de Hooke

Un muelle es un cuerpo elástico: se deforma cuando se le aplica una fuerza pero recupera su forma original cuando deja de aplicarse la fuerza. La ley de Hooke establece que la fuerza es proporcional a la deformación: F = k·x (cuando se cumple el límite elástico).

Instrumentos y medidas

Dinamómetro: aparato para medir fuerzas.

Rango: intervalo comprendido entre el valor mínimo y el valor máximo que puede medir un instrumento.

Precisión: menor cantidad de magnitud que puede medir un instrumento de forma confiable.

Principios fundamentales de la dinámica (Newton)

1. Primera ley (inercia): si la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es cero, el cuerpo mantiene su estado de movimiento (permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme).
2. Segunda ley: cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, esta le provoca una aceleración con la misma dirección y sentido que la fuerza; su magnitud es a = F/m o F = m·a.
3. Tercera ley (acción y reacción): cuando un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza llamada acción, el segundo responde con una fuerza igual y de sentido contrario llamada reacción.

Peso: P = m·g (fuerza con la que la Tierra atrae a un cuerpo de masa m).