Dinámica y Fuerzas: Conceptos Esenciales y Aplicaciones Prácticas en Física

Dinámica y Fuerzas: Resumen Clave

I. Fundamentos de la Dinámica

• Dinámica: Rama de la Física que explica el porqué de los movimientos (las fuerzas).
• Fuerza: Causa que modifica el estado de reposo o movimiento (cambia la velocidad) de un cuerpo. ¡Es una magnitud vectorial!

Leyes de Newton:

1. Primera Ley (Inercia): Un objeto se mantiene en su estado (reposo o MRU) a menos que actúe una fuerza neta. Los cuerpos se resisten a cambiar su movimiento.
2. Segunda Ley (Fundamental): Una fuerza neta produce aceleración.
   • Fórmula: F = m · a
   • Unidades: Newton (N = kg · m/s²), Dina (Din = g · cm/s²).
3. Tercera Ley (Acción y Reacción): A cada acción corresponde una reacción igual y opuesta, actuando sobre cuerpos diferentes. Las fuerzas siempre van en pares.

Fuerzas Comunes:

• Peso (P): Fuerza de gravedad, siempre vertical hacia abajo. (P = m · g)
• Fuerza Normal (N): Fuerza de una superficie, perpendicular al contacto.
• Tensión (T): Fuerza transmitida por una cuerda, jalando el objeto.
• Fuerza de Roce (fr): Se opone al movimiento (o intento de movimiento).
  • Estático (fs): Actúa en reposo. fs ≤ μs · N (hasta un máximo).
  • Cinético (fk): Actúa en movimiento. fk = μk · N.

Diagrama de Cuerpo Libre (DCL): Un dibujo de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, representadas como vectores. ¡Indispensable para resolver problemas!

II. Aplicación: Fuerzas en Superficies y Verticales

¡La clave es aplicar la Segunda Ley de Newton (ΣF = m · a) por separado en cada eje!

• ΣFx = m · ax
• ΣFy = m · ay

A. Superficies Horizontales

• Eje Vertical (Y): Generalmente, no hay aceleración vertical (ay = 0), por lo que las fuerzas se equilibran.

  • N = P = m · g (si no hay otras fuerzas verticales).

• 1. Sin Roce:

  • Eje Horizontal (X): ΣFx = F_aplicada = m · ax (Si F_aplicada = 0 o velocidad constante, ax = 0).

• 2. Con Roce:

  • Eje Horizontal (X):
    • Si en reposo: F_aplicada = fs (si F_aplicada ≤ μs · N).
    • Si en movimiento: ΣFx = F_aplicada - fk = m · ax
      • Sustituyendo: F_aplicada - (μk · N) = m · ax
      • Con N = m · g: F_aplicada - (μk · m · g) = m · ax

B. Fuerzas Verticales (Movimiento en Eje Y)

• Fórmula General: ΣFy = m · ay (Define tu dirección positiva, ej., hacia arriba o abajo).

• Ejemplos Típicos:

  • Caída Libre: Solo Peso. ay = g (hacia abajo).
  • Objeto Colgando (reposo / velocidad constante): La Tensión equilibra el Peso. T = P = m · g.
  • Objeto en Ascensor (con aceleración ay):
    • Subiendo (o frenando al bajar): N = m · (g + ay)
    • Bajando (o frenando al subir): N = m · (g - ay)
    • Velocidad Constante / Reposo: N = m · g (ay = 0).
  • Máquina de Atwood: Sistema de dos masas. Aplica ΣF = m · a a cada masa individualmente para hallar aceleración (a) y tensión (T).