Fundamentos de Dinámica y Leyes de la Física Clásica

Introducción a las Fuerzas y Ley de Hooke

Equivalencias fundamentales: 1 kp = 9,8 N; 1 N = 1 kg · 1 m/s².

Ley de Hooke: F = K · (l - l₀)

Composición de Fuerzas

Fuerzas Perpendiculares

La resultante se calcula mediante la fórmula: R = √(F₁² + F₂²)

Fuerzas Paralelas

• Paralelas del mismo sentido:
  • Módulo: R = F₁ + F₂
  • Punto de aplicación: F₁ · d₁ = F₂ · d₂
  • Distancia total: d₁ + d₂
• Paralelas de sentido contrario:
  • Módulo: R = |F₁ - F₂|
  • Relación: F₁ · d₁ = F₂ · d₂
  • Distancia: d₂ - d₁

Movimientos del Sólido Rígido

• Traslación: Todas las partículas del sólido efectúan el mismo desplazamiento.
• Rotación: Todas las partículas del sólido describen trayectorias circulares alrededor de un eje, excepto las situadas sobre el propio eje, que permanecen inmóviles.
• Par de fuerzas: Es un sistema formado por dos fuerzas de la misma dirección, intensidad, paralelas y de sentido contrario aplicadas a un sólido rígido. Su módulo se define como: M = F · d.

Ley de Gravitación Universal

La fuerza de atracción entre dos cuerpos se define como: F₂₁ = G · (m₁ · m₂) / d²

• Constante de gravitación (G): 6,67 · 10⁻¹¹ N·m²/kg²
• Radio de la Tierra (Rt): 6,37 · 10⁶ m
• Masa de la Tierra (Mt): 5,98 · 10²⁴ kg
• Intensidad del campo gravitatorio: g = G · Mt / d²
• Peso: F = m · g
• Distancia total: d = h + Rt

Fenómenos de Electrización

• Electrización por frotamiento: Fenómeno por el cual se comunica carga eléctrica a un cuerpo al frotarlo con otro.
• Por influencia o inducción electrostática: Fenómeno por el cual se consigue cargar un conductor neutro por efecto de la proximidad de otro cuerpo cargado eléctricamente.

Fuerzas Fundamentales de la Naturaleza

• Fuerzas gravitatorias: Se ejercen entre dos cuerpos cualesquiera por el hecho de tener cierta masa.
• Fuerzas electromagnéticas: Se ejercen entre las cargas eléctricas, ya estén en reposo o en movimiento, y también entre imanes.
• Fuerzas nucleares fuertes: Son las responsables de la estabilidad del núcleo de los átomos al mantener unidos neutrones y protones.
• Fuerzas nucleares débiles: Responsables de la desintegración de algunos núcleos atómicos con emisión de electrones.

Dinámica: Leyes de Newton

1. Primera Ley de Newton (Inercia): Un cuerpo permanece en su estado de reposo o de MRU si no actúa ninguna fuerza sobre él o si la resultante de las fuerzas que actúan es nula.
2. Segunda Ley de Newton (Fundamental): Si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, este adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada, siendo la masa del cuerpo la constante de proporcionalidad (F = m · a).
3. Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción): Si un cuerpo ejerce una fuerza F₁₂ sobre otro cuerpo, este a su vez ejerce sobre el primero una fuerza F₂₁ con el mismo módulo y dirección, pero de sentido contrario.

Otras magnitudes relacionadas:

• Cantidad de movimiento: p = m · v
• Fuerza media: F = Δp / Δt
• Aceleración: a = Δv / t

Impulso y Cinemática

• Impulso mecánico: I = F · Δt (N·s). Relación con el momento: F · Δt = m · v - m · v₀.
• MRUA (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado):
  • Posición: x = v₀ · t + ½ · a · t²
  • Velocidad: v = v₀ + a · (t - t₀)

Fuerza Normal y Rozamiento

• Fuerza Normal (N):
  • En superficie horizontal: N = p
  • Aplicando una fuerza oblicua: N = p - F · sen(β)
  • En plano inclinado: N = p · cos(x)
  • Plano inclinado con fuerza externa: N = p · cos(x) - F · sen(β)
• Fuerza de Rozamiento (Fr):
  • En movimiento (cinético): Fr = μc · N
  • En reposo (estático): Fr = μe · N

Aplicaciones de la Dinámica

• Sistemas de poleas:
  • Cuerpo 1: p₁ - T = m₁ · a
  • Cuerpo 2: T - p₂ = m₂ · a
  • Aceleración del sistema: a = (m₁ - m₂) · g / (m₁ + m₂)
  • Tensión: T = m₁ · (g - a)
• Fuerza Centrípeta: Se define como Fc = m · v² / R