Conceptos Fundamentales de la Física Mecánica
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Fuerza y Movimiento
Concepto de Fuerza
La fuerza es una magnitud vectorial que se caracteriza por su módulo, dirección y sentido. Su efecto sobre un objeto depende de estas tres características. Una fuerza vector deslizante tiene un efecto independiente del punto de aplicación sobre su línea de acción, que es la recta que contiene la dirección del vector.
Palancas
Las palancas son dispositivos que permiten amplificar o redirigir una fuerza aplicada. Se clasifican en tres géneros según la posición relativa del punto de apoyo, la fuerza aplicada y la resistencia:
Palancas de Primer Género
El punto de apoyo se encuentra entre la fuerza y la resistencia. Ejemplos en el cuerpo humano: articulación atlanto-occipital y articulación del codo (extensión).
Palancas de Segundo Género
La resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza. Ejemplo en el cuerpo humano: el pie al elevarse y pivotar sobre el talón.
Palancas de Tercer Género
La fuerza se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia. Ejemplos en el cuerpo humano: articulación del codo (flexión) y articulación de la rodilla (extensión).
Leyes de Newton
Ley de Inercia (Primera Ley)
Un objeto en reposo permanecerá en reposo, y un objeto en movimiento rectilíneo uniforme continuará moviéndose a velocidad constante, a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él.
Ley Fundamental de la Dinámica (Segunda Ley)
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. Esto se expresa como F = ma, donde F es la fuerza, m es la masa y a es la aceleración.
Principio de Acción-Reacción (Tercera Ley)
Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B ejercerá una fuerza de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto, sobre el cuerpo A. Es importante destacar que estas fuerzas actúan sobre cuerpos diferentes y no se anulan entre sí.
Equilibrio Estático
Primera Condición de Equilibrio
Para que un sistema esté en equilibrio traslacional, la suma vectorial de todas las fuerzas externas que actúan sobre él debe ser cero.
Segunda Condición de Equilibrio
Para que un sistema esté en equilibrio rotacional, la suma de los momentos de fuerza (torques) alrededor de cualquier punto debe ser cero.
Fuerza Muscular y Reacción Articular
En el cuerpo humano, los músculos generan fuerzas que producen movimiento y mantienen la postura. Estas fuerzas también generan reacciones en las articulaciones, que soportan tensiones y esfuerzos considerables. Es fundamental comprender estas fuerzas para prevenir lesiones y optimizar el rendimiento físico.
Gravedad y Rozamiento
Ley de la Gravitación Universal
La fuerza de atracción gravitacional entre dos masas es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.
Balanza
La balanza es un instrumento que mide la masa de un objeto comparando su peso con el peso de una masa conocida, utilizando la fuerza de gravedad como medio de comparación.
Fuerza de Rozamiento
La fuerza de rozamiento se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto. Su dirección es siempre contraria al movimiento o a la tendencia de movimiento.
Rozamiento Estático
Es la fuerza que se debe superar para iniciar el movimiento de un objeto sobre una superficie.
Rozamiento Dinámico
Es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto que ya está en movimiento sobre una superficie.