Principios Fundamentales de la Dinámica: Leyes de Newton y Movimientos

Leyes de Newton

La primera ley de Newton afirma que: "Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento rectilíneo y uniforme excepto cuando es obligado a cambiar su estado de movimiento debido a la aplicación de fuerzas". Por eso, si no ejercemos fuerzas sobre un cuerpo, este no se mueve. A mayor masa, mayor dificultad para cambiar el movimiento. La masa inercial es la medida de la resistencia de un cuerpo al cambiar de reposo a movimiento.

La segunda ley nos dice que: "La aceleración que experimenta un cuerpo de una masa determinada es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa". Las fuerzas que van en el mismo sentido se pueden sumar porque son aditivas. La fuerza neta es igual al módulo de las descomposiciones de las fuerzas, ya que son vectores cuyo módulo se corresponde con el valor de la fuerza que actúa. La dirección es la recta donde actúa la fuerza y el sentido es el mismo que el de la aceleración.

La tercera ley de Newton se resume en "acción-reacción", ya que nos dice que todo cuerpo que ejerce una fuerza sobre otro recibe una fuerza igual pero de signo negativo. Estas fuerzas tienen el mismo módulo y dirección, pero sentido contrario, y se aplican sobre cuerpos distintos, por eso no se pueden sumar sus valores. Esta ley no es universal, ya que, por ejemplo, cuando hay cargas eléctricas de por medio, no se cumple. Atendiendo a esta ley, podemos decir que el momento lineal se conserva en el tiempo y no desaparece, solo se transforma.

Las Fuerzas como Interacciones

Las fuerzas que actúan sobre cualquier cosa siempre tienen su origen en la interacción de dos cuerpos. Las interacciones fundamentales son: gravitatoria, electromagnética, nuclear... Lo que sucede en nuestro caso es que la Tierra nos atrae, pero nosotros también creamos una atracción a la Tierra (3ª ley) que hace que estemos pegados a ella y que nos podamos mover. Las interacciones no se propagan instantáneamente.

La Aceleración

Cuando un cuerpo cambia de estado (reposo, movimiento) por unas fuerzas, se le imprime una aceleración. La aceleración es la variación de la velocidad con el tiempo (final - inicial). La aceleración instantánea es el límite del cociente entre Δv y Δt cuando Δt=0. La aceleración tangencial ocurre cuando cambia el módulo de la velocidad. La aceleración normal ocurre cuando cambia la dirección de la velocidad. La aceleración también está formada por vectores.

Movimientos con Aceleración Constante

En muchísimos casos, a los cuerpos se les imprime una fuerza que hace que desarrollen una aceleración. En el Movimiento Uniformemente Acelerado (MUA), la aceleración es siempre constante, donde V₀ es la velocidad en t₀. Cuando los vectores V y A están en la misma dirección, es un movimiento rectilíneo; si tienen el mismo sentido, los podemos incluso sumar. La aceleración lleva signo positivo (+) cuando imprime más velocidad y signo negativo (-) cuando reduce la velocidad del cuerpo. Cuando actúa en un movimiento rectilíneo, tenemos un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA), donde la aceleración es constante y la trayectoria es rectilínea, solo varía la velocidad. Luego, también la gravedad puede convertirse en una aceleración, como en los movimientos de caída libre desde reposo, lanzamiento vertical hacia abajo y lanzamiento vertical hacia arriba. En los movimientos parabólicos también hay aceleración, donde la gravedad es importante.

Movimientos Circulares

Son aquellos cuya trayectoria es una circunferencia, por eso los movimientos de los planetas suelen considerarse circulares. Se denomina Movimiento Circular Uniforme (MCU) y consta de unas magnitudes lineales como la posición, y otras magnitudes angulares como la posición angular, la velocidad angular y la aceleración angular. La posición angular se mide en radianes. La velocidad angular se mide en rad/s o en RPM. El MCU lleva una velocidad angular constante. Cuando el movimiento es uniforme, la aceleración normal es 0. El periodo es el tiempo que tarda un móvil en recorrer una vuelta. La frecuencia es el número de vueltas que da por segundo. El Movimiento Circular Uniformemente Acelerado (MCUA) es aquel que tiene una aceleración angular (+ cuando acelera, - cuando frena).