Dinámica en Física: Leyes de Newton, Cantidad de Movimiento e Impulso

La dinámica es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos con respecto a las fuerzas que los originan. En la dinámica estudiamos a partir de las leyes o principios que se llaman leyes de Newton.

1.ª Ley de Newton (Ley de la inercia)

Definimos inercia como la propiedad de la materia por la cual un objeto se resiste a cambiar su estado de reposo o de movimiento. La primera ley de Newton dice que todo objeto en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme permanece en ese estado si no es sometido a ninguna fuerza, o si la resultante de todas las fuerzas es cero.

2.ª Ley de Newton (Ley fundamental de la dinámica)

Afirma que si sobre un objeto actúa una fuerza, neta o resultante, este adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada, siendo la masa la constante de proporcionalidad.

F = m · a

La fuerza se mide en newtons (N). Un newton es la fuerza que, aplicada a 1 kg de masa, le produce una aceleración de 1 m/s²:

1 N = 1 kg · 1 m/s²

Cantidad de movimiento

Llamamos cantidad de movimiento o momento lineal (p) a un vector que es el producto de la masa por la velocidad:

p = m · v (magnitud vectorial)

La cantidad de movimiento depende de la masa y de la velocidad. Si dos cuerpos se mueven a velocidades diferentes y tienen masas distintas, producen diferentes cantidades de movimiento.

F = Δp / Δt

Unidad: kg · m/s.

La resultante de todas las fuerzas aplicadas a un cuerpo es igual al cociente entre la variación de su cantidad de movimiento y el intervalo de tiempo transcurrido.

3.ª Ley de Newton (Principio de acción y reacción)

Si un cuerpo (1) ejerce una fuerza F₁₂ sobre otro cuerpo (2), este reacciona ejerciendo a su vez una fuerza F₂₁ sobre el primer cuerpo, con el mismo módulo, la misma dirección y sentido contrario.

F₁₂ = −F₂₁    |F₁₂| = |F₂₁|

• Esta fuerza siempre se presenta en pares. Aunque ambas fuerzas sean opuestas, no se anulan, ya que se ejercen sobre cuerpos distintos.
• Ambas fuerzas son simultáneas, se producen a la vez.
• En ciertas ocasiones, alguno de los cuerpos no resulta acelerado, debido a que posee una gran masa o a que existen otras fuerzas que se oponen al movimiento.

Impulso

Llamamos impulso (I) de una fuerza al producto de la fuerza por el tiempo que está actuando:

I = F · Δt    Unidad SI: N·s

El impulso es una magnitud vectorial que tiene la misma dirección y sentido que la fuerza aplicada, cuyo módulo es I = F · Δt. El impulso de una fuerza es igual a la variación de la cantidad de movimiento:

I = Δp

Principio de conservación de la cantidad de movimiento

Si sobre un objeto la resultante de todas las fuerzas vale 0, la cantidad de movimiento permanece constante.

Σ F = 0   ⇒   p_o = p

p_o1 + p_o2 = p₁ + p₂

Fuerza normal

La fuerza normal (N) es la fuerza que ejerce la superficie de apoyo de un cuerpo sobre este.

N + P = 0   ⇒   N = P

Siempre es perpendicular a dicha superficie.

Fuerza de rozamiento

La fuerza de rozamiento es la fuerza que aparece siempre en la superficie de contacto entre dos objetos y que siempre se opone al movimiento. Depende de la naturaleza de la superficie de contacto y también de la masa del objeto, y se mide mediante el coeficiente de rozamiento (μ).

F_r = μ · N

Existen dos tipos de rozamiento según el objeto esté en reposo o en movimiento:

• Rozamiento estático (μ_e): actúa cuando el objeto está en reposo; hay que vencerlo para poner en movimiento el objeto.
• Rozamiento cinético (μ_c): actúa cuando el objeto ya está en movimiento.

Se cumple que μ_e > μ_c.