Principios de la dinámica y mecánica: fuerzas, energía, fluidos y máquinas
Principios fundamentales de la dinámica y la mecánica
Principio de la dinámica
1.º Un cuerpo sobre el que actúa una fuerza nula no cambia su velocidad: si está en reposo sigue en reposo y, si está en movimiento, continúa en movimiento rectilíneo uniforme.
2.º La fuerza resultante sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración: F = m · a. La constante de proporcionalidad se llama masa.
3.º Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, recibe de este una fuerza igual y de sentido contrario: F12 = −F21. Estas fuerzas se llaman de acción y reacción.
Inercia
Inercia es la propiedad de un cuerpo que indica su resistencia a cambiar su estado de movimiento. Es una propiedad inherente a la materia: todo lo que tiene masa tiene inercia.
Máquinas
Máquinas son aparatos que permiten ampliar las fuerzas, cambiar su dirección o disminuirlas.
Equilibrio
- Equilibrio de traslación: cuando la fuerza resultante es igual a cero.
- Equilibrio de rotación: cuando el momento resultante es igual a cero.
Momento es una magnitud que mide la capacidad de una fuerza para cambiar el movimiento de rotación (o la tendencia a producir giro) de un cuerpo.
Fuerzas
Las fuerzas son interacciones entre cuerpos que modifican el movimiento o producen deformaciones. En el Sistema Internacional (SI) la unidad de fuerza es el newton (N). Las fuerzas pueden actuar por contacto o a distancia y se representan por vectores.
Ley de Hooke
En cuerpos elásticos, la deformación (alargamiento o compresión) es proporcional a la fuerza aplicada: F = k · ΔL, donde k es la constante elástica y ΔL el alargamiento.
Principio de Pascal
El principio de Pascal establece que la presión aplicada en un punto de un fluido incompresible y en equilibrio se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Este principio se aplica en vasos comunicantes y en sistemas hidráulicos.
Principio fundamental de la estática de fluidos
La presión de un líquido a una profundidad h es igual al producto de la profundidad, la densidad y la aceleración de la gravedad: p = ρ · g · h.
Principio de Arquímedes
Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido sufre un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado: E = V · ρ · g.
Un cuerpo flota si su peso es menor que el empuje; si el peso es mayor que el empuje, se hunde.
Energía, trabajo y conservación
Energía mecánica es la que tienen los cuerpos debido a su velocidad (energía cinética) y a su posición (energía potencial).
Trabajo es una forma de transmitir energía mecánica entre sistemas.
Principio de conservación de la energía mecánica: cuando no hay rozamiento (ni fuerzas disipativas), la energía mecánica se conserva.
La energía puede transmitirse mediante trabajo o calor y también a través de ondas electromagnéticas (energía radiante).