Conceptos Fundamentales de Física: Leyes de Newton, Tipos de Movimiento y Energía

Leyes de Newton y Conceptos Relacionados

Primera Ley de Newton o Principio de Inercia

Todo cuerpo tiende a conservar su estado de reposo o Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) mientras no se ejerza una fuerza sobre él (partícula libre).

Segunda Ley de Newton o Principio de Acción de Fuerzas

La resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula es proporcional a la aceleración que la produce: F = m * a.

Tercera Ley de Newton o Principio de Acción-Reacción

Cuando dos partículas interaccionan, la fuerza que ejerce la primera sobre la segunda es igual y opuesta a la fuerza que la segunda ejerce sobre la primera, estando ambas sobre la recta que une a ambas partículas (F₁₂ = -F₂₁).

Sistema de Referencia Inercial (SRI)

Aquel sistema de referencia en el que se cumple la ley de la inercia. Es decir, que si sobre el cuerpo no actúa ninguna fuerza, el MRU o bien está quieto. Desde un punto de vista práctico, los sistemas inerciales no están quietos.

Fuerza Conservativa

Una fuerza es conservativa cuando el trabajo que realiza al trasladar una partícula desde un punto inicial a otro final no depende del camino elegido. Toda fuerza conservativa siempre tiene una energía potencial asociada. Ejemplo: Fuerza elástica. Fuerza no conservativa: Fuerza de rozamiento.

Potencia

Se define como el cociente entre el trabajo realizado por unidad de tiempo, es decir: P = W / Δt. La potencia se mide en vatios.

Teorema de Conservación de la Energía Mecánica

Cuando las fuerzas que actúan sobre la partícula son conservativas, entonces la energía mecánica, definida como la suma de la energía cinética (E_c) más la energía potencial (E_p), siempre permanece constante. Para demostrarlo, partimos del teorema trabajo-energía cinética: W = ΔE_c. Si ahora las únicas fuerzas que realizan trabajo son conservativas, se tiene que W_FC = -ΔE_p y sustituyendo en la expresión anterior -ΔE_p = ΔE_c => Δ(E_c + E_p) = 0, o sea que la cantidad E_c + E_p, denominada energía mecánica, se mantiene constante.

Tipos de Movimiento

Movimiento Armónico Simple (MAS)

Una partícula describe un Movimiento Armónico Simple (MAS) cuando se mueve a lo largo del eje X, estando su posición x dada en función del tiempo t por la ecuación: x = A * sen(ωt + φ), donde A es la amplitud, ω la frecuencia angular y φ el ángulo de fase.

Velocidad

La trayectoria es el conjunto de todas las posiciones por las que pasa un cuerpo en movimiento. La velocidad es la variación de posición de un objeto en función del tiempo, o distancia recorrida por un objeto en la unidad de tiempo.

Velocidad Media (V_m)

Informa sobre la velocidad en un intervalo dado. Es una magnitud vectorial que corresponde a la razón entre el desplazamiento de un móvil y el intervalo de tiempo que emplea en realizarlo. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δx) por el tiempo transcurrido (Δt).

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

Un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta y uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, es decir, su aceleración es nula.

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)

Es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta y está sometido a una aceleración constante. Esto implica que para cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del móvil tendrá siempre el mismo valor.

Caída Libre

Es el movimiento que se debe únicamente a la influencia de la gravedad. Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren.

Tiro Parabólico

Es aquel que es realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola, es decir, en dos dimensiones o sobre un plano.

Movimiento Circular Uniforme (MCU)

Se describe cuando un objeto o cuerpo físico describe un movimiento circular alrededor de un punto fijo central llamado eje de rotación, siguiendo la trayectoria de una circunferencia, de tal manera que en tiempos iguales recorra espacios iguales.

Velocidad Tangencial (V_tangencial)

Cuando un objeto se encuentra girando, cada una de las partículas del mismo se mueve a lo largo de la circunferencia descrita por él con una velocidad inicial cuya magnitud será mayor, a medida que aumenta el radio de la circunferencia.

Aceleración Normal (A_N)

Es la aceleración relacionada con el cambio de dirección de la velocidad de una partícula en movimiento, es decir, con la fuerza centrípeta. Los cuerpos que se mueven en línea recta con rapidez constante también lo hacen a velocidad constante.

Velocidad Angular (ω)

Es una medida de la velocidad de rotación. Se mide en radianes por segundo (rad/s) o simplemente s^-1.