Fundamentos de la Dinámica: Conceptos Clave y Leyes del Movimiento

Dinámica: El Estudio del Movimiento y sus Causas

La dinámica es la rama de la física que se encarga de estudiar las causas que provocan el movimiento de los cuerpos, así como las razones por las que los cuerpos permanecen en reposo.

Conceptos Fundamentales

• Masa: Es la cantidad de materia que posee un objeto. Es una magnitud escalar.
• Fuerza: Es la interacción entre dos o más cuerpos que puede cambiar su estado de movimiento o reposo.
• Fuerza Neta: Es la resultante o suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
• Inercia: Es la oposición que presentan los cuerpos a cambiar su estado de reposo o movimiento.

Leyes de Newton

• Primera Ley (Ley de la Inercia): Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme (MRU) a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
• Segunda Ley (Ley Fundamental de la Dinámica): Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta diferente de cero (F_neta ≠ 0), dicha fuerza es proporcional a la masa del cuerpo y a la aceleración que este posee: F = ma.
• Tercera Ley (Ley de Acción y Reacción):
  • Características:
  • Igual módulo (valor).
  • Igual dirección.
  • Sentidos opuestos.
  • Son simultáneas.
  • No se anulan entre sí, pues actúan sobre cuerpos distintos.

Diagrama de Cuerpo Libre (DCL)

El Diagrama de Cuerpo Libre (DCL) es la representación gráfica de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en estudio.

1. Hipótesis de movimiento (reposo o movimiento).
2. Dibujar las fuerzas sobre cada cuerpo (DCL).
3. Plantear la segunda ley de Newton: ΣF = ma (sumatoria de fuerzas en cada eje). Resolver las ecuaciones e interpretar los resultados.

Tipos de Fuerzas

• Peso: Es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto.
  • Características del peso de un cuerpo:
  • Es una magnitud vectorial (fuerza).
  • Se mide en Newtons (N).
  • Se mide con un dinamómetro.
  • Su valor es variable (depende de la posición del cuerpo).
• Masa: Es la medida de cuánta materia hay en un objeto.
  • Características de la masa de un cuerpo:
  • Magnitud escalar.
  • Se mide con una balanza.
  • Unidad de medida: kilogramo (kg).
  • Valor constante.
• Fuerza Normal: Es una fuerza de reacción que ejerce una superficie sobre un cuerpo en contacto con ella.
• Tensión: Fuerza que aparece en una cuerda inextensible y de masa despreciable, ligada a un cuerpo.
• Fuerza de Roce (Fricción): Fuerza que se opone al movimiento entre dos superficies en contacto.
  • Características:
  • Se opone al movimiento entre superficies en contacto.
  • Es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el cuerpo.
  • Depende del material de las superficies en contacto.
  • Características del coeficiente de roce (μ):
  • Adimensional.
  • 0 ≤ μ < 1
  • Depende del material que compone las superficies.
  • Fuerza de Roce Estática: Evita que el cuerpo comience a moverse. Siempre será mayor que la fuerza de roce cinética.
  • Fuerza de Roce Cinética: Actúa cuando existe un movimiento relativo.
  • Características de la fuerza de roce estática:
  • Es una fuerza de reacción.
  • Es una fuerza variable.
  • Posee un valor máximo.
  • Características de la fuerza de roce cinético:
  • No es una fuerza de reacción.
  • Es una fuerza constante.
  • Posee un valor único.
• Fuerza Elástica: Es la fuerza que actúa para devolver a un resorte a su longitud inicial.
  • Características:
  • Los resortes o elásticos ejercen fuerzas que empujan en contra del desplazamiento o deformación.

Ley de Hooke

La Ley de Hooke relaciona la fuerza elástica con la constante de elasticidad del cuerpo (k) y la deformación (Δx): F = -kΔx.

Tipos de Resortes

• Resorte de Tracción: La fuerza elástica actúa cuando el resorte sufre una elongación.
• Resorte de Compresión: La fuerza elástica actúa cuando el resorte es comprimido.
• Resorte de Torsión: La fuerza elástica se presenta cuando el resorte está enrollado.

Torque

El torque se produce cuando un cuerpo rígido está bajo la acción de una fuerza.

• Efectos que puede producir una fuerza en un cuerpo rígido: traslación (desplazamiento) y rotación (giro en torno a un eje).
• El torque generado por una fuerza es una magnitud vectorial.
• Un cuerpo o sistema se encuentra en equilibrio rotacional cuando el torque total (torque neto) es nulo (0).

Consideraciones Adicionales

• Efectos que se pueden producir al aplicar una fuerza sobre un cuerpo: 2.
• La masa de un cuerpo se considera constante.