Principios de la dinámica y fuerzas de acción y reacción
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Sobre la inercia y la fuerza neta
1. Sobre el cuerpo pueden actuar varias fuerzas, pero la resultante es nula. Según las experiencias realizadas por Galileo:
- Al soltar la esfera, desciende por el plano inclinado cada vez más deprisa.
- Si lanzamos la esfera hacia arriba, sube por plano inclinado cada vez más lento, hasta detenerse.
- Si la esfera rueda sobre una superficie horizontal pulida, no modificará su Vi ni su trayectoria rectilínea, ya que no hay motivo para que ruede más rápido (caso 1) ni más despacio (caso 2).
La primera ley de Newton o primer principio de la dinámica o de inercia, nos dice lo que sucede cuando no actúan fuerzas sobre un cuerpo o cuando hay fuerza neta, es nula. Todo cuerpo permanece en estado de reposo o en MRU mientras no actúe sobre él una fuerza neta o resultante. La inercia es la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o de movimiento. Si un objeto está acelerando o frenando, o la dirección de su movimiento está cambiando, hay una fuerza neta o resultante actuando sobre el objeto. Si no fuera por la acción de las fuerzas, los estados de reposo o de MRU serían invariables. Además, cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo dejan de hacerlo, el cuerpo sigue moviéndose con V constante. Una interacción es el mecanismo por el que dos o más cuerpos modifican su estado de reposo o de movimiento. La fuerza es la magnitud que mide la intensidad de una interacción.
Relación entre fuerza, masa y aceleración
2. Fneta = m.a Es la expresión matemática del segundo principio de la dinámica o fundamental de la dinámica. La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza resultante ejercida sobre, con idéntica dirección y sentido que la fuerza ç, e inversamente proporcional a su masa: a = F/m. La fuerza y la aceleración son vectores que tienen la misma dirección y sentido. En forma vectorial, se expresa: Fneta = ma. El newton (N) es la fuerza necesaria para comunicar a 1 kg de masa una aceleración de 1 m/s². 1 N = 1 kg . 1 m / s² = 1 kg m / s²
Principio de acción y reacción
3. También llamada principio de acción y reacción. Cuando dos cuerpos, A y B interactúan ejercen una serie de fuerzas entre sí; el cuerpo A realiza una fuerza sobre B, simultáneamente, el B ejerce un fuerza sobre A. Un cuerpo no puede experimentar ni ejercer ninguna fuerza. Cuando dos cuerpos interaccionan, las fuerzas (acción - reacción) que ejercen el uno sobre el otro tienen idéntico módulo y dirección, pero sentidos apuestos. Las fuerzas de acción y reacción nunca se anulan entre sí ya que actúan sobre cuerpos diferentes.
Fuerzas de acción y reacción en la Tierra
El movimiento de una persona que tira de un carrito intervienen todos los principios de la dinámica:
- Aplicar una fuerza para empezar a mover el carrito.
- La fuerza necesaria para mantener el carrito en movimiento es menor que la que se requiere para moverlo.
- El carro ejerce una fuerza sobre la persona que tira de él.
Cuando el carrito está parado, hay que realizar un esfuerzo para moverlo. Esa fuerza ha de vencer la inercia del carrito y la fuerza de rozamiento. Cuando hay fuerza neta, el carrito se acelera hacia delante. La persona que tira de él puede reducir su esfuerzo hasta igualar la fuerza de rozamiento, entonces el carrito se moverá hacia delante a velocidad constante, según la primera ley. En cuanto al tercer principio, la fuerza que actúa sobre el carrito es siempre igual y opuesta a la fuerza ejercida por el carrito (que actúa sobre quien tira de él); estas fuerzas no se anulan entre sí, porque actúan sobre cuerpos distintos.
En el aire
El despegue y movimiento de un cohete en el espacio. El motor de un cohete ejerce una fuerza sobre los gases calientes que expulsa y los empuja hacia atrás. Además, una fuerza semejante y opuesta la impulsa hacia delante, proporcionando su propulsión.
En el agua
Los calamares lanzan chorros de agua hacia atrás para poder avanzar hacia delante. En el movimiento de los calamares se aplica el principio de acción y reacción. El calamar arroja el agua a chorros hacia atrás (fuerza de acción sobre el agua) para desplazarse hacia delante (fuerza de reacción sobre el calamar).