Fundamentos de la Dinámica: Fuerzas, Vectores y Leyes de Newton

Las fuerzas y sus vectores

La fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir una deformación en él. La unidad en el S.I. es el newton (N).

Fuerzas y deformaciones: La Ley de Hooke

La deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que la produce. Para medir la intensidad de las fuerzas se utiliza el dinamómetro.

La fuerza como magnitud vectorial

La fuerza es una magnitud vectorial en la que se distinguen:

• Módulo
• Dirección
• Sentido
• Punto de aplicación

Un sistema de fuerzas es el conjunto de fuerzas que actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo. Cada una de estas fuerzas se llama componente del sistema.

La fuerza resultante es aquella que puede reemplazar a todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo produciendo el mismo efecto.

La composición de fuerzas es la operación que consiste en determinar la fuerza resultante de la acción de las otras fuerzas que actúan sobre un cuerpo:

• Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienen la misma dirección y sentido, la resultante tiene la misma dirección y sentido que las fuerzas componentes, y su intensidad es la suma de todas ellas.

Leyes de Newton o principios de la dinámica

• Primer principio de la dinámica (Ley de Inercia): Todo cuerpo permanece en estado de reposo o con movimiento rectilíneo y uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza neta. La inercia es la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o de movimiento.
• Segundo principio de la dinámica (Ley Fundamental): La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza resultante ejercida sobre el mismo, con la misma dirección y sentido que dicha fuerza, e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
• Tercer principio de la dinámica (Acción y Reacción): Cuando dos cuerpos interaccionan, las fuerzas que ejercen uno sobre otro tienen idéntico módulo y dirección, pero sentidos opuestos. Las fuerzas de acción y reacción nunca se anulan entre sí, ya que actúan sobre cuerpos diferentes.

Peso y rozamiento

• El peso es la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre un cuerpo y es una magnitud vectorial.
• Un cuerpo permanece en equilibrio si la vertical que pasa por su centro de gravedad cae dentro de su base de sustentación.
• La fuerza de rozamiento es una fuerza opuesta al movimiento que se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos, siempre que uno se mueva o tienda a moverse sobre el otro.