Principios de la Dinámica y Estructura del Universo

Concepto de Fuerza

Fuerza: toda causa capaz de deformar un cuerpo o modificar su estado de reposo o movimiento. Los tipos de efectos que produce son:

• Cambio de estado de reposo o movimiento.
• Deformación de los cuerpos.

Las fuerzas modifican la velocidad del cuerpo, mueven un cuerpo en reposo, producen deformaciones o pueden parar un cuerpo en movimiento.

El Vector

Un vector es un segmento orientado que consta de: dirección, punto de aplicación, intensidad y sentido.

Fuerzas por Contacto y a Distancia

• Fuerzas por contacto: existe contacto físico entre los cuerpos.
• Fuerzas a distancia: no hay contacto físico entre los cuerpos. Ejemplos: gravitatorias (cuerpos con masa), magnéticas (dos imanes o imán con hierro) y eléctricas (cuerpos con carga eléctrica).

Unidad de Fuerza

La unidad de medida es el Newton (N), en honor al físico y matemático Isaac Newton.

Los Cuerpos y las Deformaciones

• Cuerpos rígidos: no se deforman bajo la acción de una fuerza.
• Cuerpos plásticos: se deforman bajo la acción de una fuerza y no recuperan su forma inicial.
• Cuerpos elásticos: se deforman bajo la acción de una fuerza y vuelven a su estado inicial.

Deformaciones en un Cuerpo Elástico

Ley de Hooke: el alargamiento del muelle es directamente proporcional a la fuerza que lo produce (F = k · x).

Dinamómetro y Deformación

Dinamómetro: aparato que sirve para medir fuerzas y pesar cuerpos. Su funcionamiento se basa en el alargamiento del muelle que sufre cuando se cuelga un objeto de él con una determinada masa.

El Movimiento

• Sistema de referencia: cuerpo o lugar respecto al cual se estudia el movimiento.
• Móvil: cuerpo que se mueve.
• Movimiento: cambio de posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto a un sistema de referencia fijo.
• Trayectoria: línea imaginaria que une las posiciones que recorre el móvil.
• Desplazamiento: línea recta entre dos posiciones del móvil.
• Velocidad: es el espacio recorrido por el móvil dividido por el tiempo que ha empleado en hacerlo.

Tipos de Velocidad y Aceleración

• Velocidad media: espacio total recorrido entre el tiempo total que se tarda en recorrerlo.
• Velocidad instantánea: velocidad en un instante determinado o en un intervalo de tiempo muy pequeño.
• Aceleración: cambio de velocidad por cada unidad de tiempo (se mide en m/s²).

Representación Gráfica

Representa la posición que ocupa un móvil respecto a un sistema de referencia y la velocidad a lo largo del tiempo:

• Gráfica posición-tiempo: indica la posición del móvil en cada instante.
• Gráfica velocidad-tiempo: indica la velocidad del móvil en cada instante.

Las Fuerzas de la Naturaleza

Existen diferentes fuerzas fundamentales: gravitatorias, eléctricas y magnéticas. El universo surgió hace 13.700 millones de años mediante el Big Bang. Todo estaba concentrado en un punto que explotó, y salió toda la materia en todas direcciones a gran velocidad y temperatura. A medida que descendía la temperatura, aparecieron las estrellas y las galaxias.

Estructuras del Universo

• Galaxias: agrupaciones de estrellas, polvo, gas y materia oscura. Contienen billones de estrellas. La Vía Láctea es nuestra galaxia.
• Cúmulos de galaxias: conjunto de galaxias envueltas en gas caliente. La Vía Láctea pertenece al Grupo Local.
• Supercúmulos de galaxias: conjunto de cúmulos de galaxias. El Grupo Local pertenece al supercúmulo de Virgo.
• Estructuras menores: cuerpos celestes más pequeños (planetas y estrellas), como el Sistema Solar.

Distancias Astronómicas

• Unidad Astronómica (UA): distancia media que separa el Sol y la Tierra (150.000.000.000 m). Se utiliza para medir distancias dentro del Sistema Solar.
• Año luz: distancia que recorre la luz en el vacío en un año. Se utiliza para medir distancias fuera del Sistema Solar, entre galaxias y estrellas.