Conceptos Clave de Dinámica: Fuerzas, Leyes de Newton y Equilibrio

Tipos de Equilibrio

• Estable: Al apartarse ligeramente de su posición de equilibrio, tiende a volver a ella.
• Inestable: Al apartarse ligeramente de su posición inicial, tiende a alejarse de ella.
• Indiferente: Al apartarse de su posición de equilibrio, se encuentra siempre en otra nueva posición de equilibrio.

Principios Fundamentales de la Dinámica (Leyes de Newton)

Primer Principio: Principio de Inercia

Un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza resultante no cambia su velocidad: si está en reposo, sigue en reposo; y si está en movimiento, sigue en un movimiento rectilíneo uniforme (MRU).

Segundo Principio: Principio Fundamental de la Dinámica

Existe una relación constante entre la fuerza neta aplicada a un cuerpo y la aceleración producida. Esta relación se expresa como F = m · a, donde F es la fuerza neta, m es la masa del cuerpo (la constante de proporcionalidad) y a es la aceleración.

Tercer Principio: Principio de Acción y Reacción

Todo cuerpo que ejerce una fuerza sobre otro (acción) recibe de este una fuerza igual en módulo y dirección, pero de sentido contrario (reacción). Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre cuerpos diferentes, por lo que no se anulan mutuamente.

Fuerzas y su Composición

Resultante de Fuerzas Concurrentes

Si actúan varias fuerzas sobre un cuerpo, primero se debe calcular la fuerza resultante (suma vectorial de todas ellas) para poder aplicar la Segunda Ley de Newton. Cuando se representa el cuerpo como un punto material, las fuerzas aplicadas sobre él se consideran concurrentes (aplicadas en el mismo punto).

Composición de Fuerzas

• Para sumar vectorialmente dos fuerzas concurrentes (método del triángulo o paralelogramo), se dibuja un vector a continuación del otro y la resultante es el vector que une el origen del primero con el extremo del último.
• Para sumar fuerzas con la misma dirección, se suman algebraicamente sus módulos (teniendo en cuenta el sentido). La resultante tiene la misma dirección.
• En el caso de sumar fuerzas perpendiculares, el módulo de la resultante se puede calcular aplicando el Teorema de Pitágoras.

Aplicaciones de la Segunda Ley de Newton

• Peso de los Cuerpos: Es la fuerza con la que la Tierra (u otro cuerpo celeste) atrae a un objeto. Se calcula como P = m · g, donde m es la masa y g es la aceleración de la gravedad. Es una aplicación directa de la segunda ley.
• Fuerza Centrípeta: Es la fuerza resultante dirigida hacia el centro de la trayectoria, necesaria para que un cuerpo describa un movimiento circular. Su módulo depende de la masa, la velocidad y el radio de la curva.
• Fuerzas de Rozamiento: Son fuerzas que se oponen al movimiento relativo entre superficies en contacto. Actúan en la misma dirección del posible movimiento pero en sentido opuesto. Al aplicar la segunda ley, deben restarse de las fuerzas que causan el movimiento en esa dirección. Son fundamentales para entender muchos fenómenos cotidianos.

Tipos de Sólidos y Centro de Gravedad

Clasificación de Sólidos según su Deformabilidad

• Sólido Deformable: Cambia de forma cuando se aplica una fuerza sobre él.
• Sólido Indeformable: Modelo ideal que no cambia su forma cuando se aplica una fuerza sobre él.
• Sólido Rígido: Modelo de sólido que, bajo ciertas condiciones, se considera indeformable. Las fuerzas aplicadas a un sólido rígido pueden producir traslación y/o rotación, dependiendo de su magnitud, dirección y punto de aplicación respecto a un posible eje de giro.

Centro de Gravedad (CG)

Es el punto imaginario donde se considera aplicada la fuerza total del peso del sólido. Su posición puede estar situada dentro o fuera del sólido.

• En un sólido homogéneo y simétrico, el centro de gravedad coincide con su centro de simetría.
• En un sólido irregular plano, se puede hallar experimentalmente suspendiéndolo sucesivamente de dos puntos diferentes y marcando la línea vertical que pasa por el punto de suspensión en cada caso. El centro de gravedad se encuentra en la intersección de estas dos líneas.