Fundamentos de la Dinámica y Leyes de la Fuerza en Física

Introducción a la Dinámica

La dinámica es la parte de la física que se encarga de estudiar las causas que originan el movimiento.

¿Qué es una fuerza?

Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos que puede tener lugar por contacto o a distancia, y puede provocar una deformación o un cambio en el estado de reposo o movimiento de los cuerpos.

Naturaleza vectorial de las fuerzas

Las fuerzas tienen dirección y sentido. La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial; esto significa que, para que queden definidas, necesitamos especificar los siguientes elementos:

• Módulo: Es el valor numérico de esa magnitud.
• Dirección: Es la línea de acción sobre la que se ejerce la fuerza.
• Sentido: Nos indica hacia dónde está actuando esa magnitud.
• Punto de aplicación: Es el punto exacto donde aplicamos la acción.

Operaciones con fuerzas: Suma y resta

Las fuerzas se pueden sumar y restar atendiendo a su disposición:

• Si las fuerzas actúan en la misma dirección y en el mismo sentido, la fuerza resultante se obtiene sumando las fuerzas.
• Si las fuerzas actúan en la misma dirección y sentido contrario, la fuerza resultante se obtiene restando las fuerzas.
• Si las fuerzas actúan en perpendicular, la resultante se obtiene calculando la raíz cuadrada de la suma del cuadrado de la primera fuerza más el cuadrado de la segunda (Teorema de Pitágoras).

Efectos de la aplicación de una fuerza

Deformación y Ley de Hooke

Si la fuerza produce una deformación, se determina por medio de la Ley de Hooke, la cual establece que "un cuerpo se deforma en mayor o menor medida en función de la cantidad de fuerza aplicada sobre él".

La expresión matemática es: Fuerza = k · x

• k: Constante de elasticidad (medida en N/m).
• x: Alargamiento o elongación (medido en metros, m).

El dinamómetro es el instrumento que se utiliza para medir fuerzas.

Cambio de velocidad y Segunda Ley de Newton

Si la fuerza produce un cambio de velocidad, se determina por medio del principio fundamental de la dinámica (Segunda Ley de Newton), que dice: "si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es distinta de cero, dicho cuerpo adquirirá una aceleración".

La expresión matemática es: Fuerza = masa · aceleración.

Fuerzas a distancia

Las fuerzas a distancia son aquellas que no requieren de un contacto físico con el cuerpo para poder actuar. Entre ellas destacan:

Fuerza gravitatoria

Un cuerpo, por el hecho de tener masa, ejerce una fuerza de atracción a distancia sobre otros cuerpos con masa; esta fuerza es débil a escalas pequeñas. Dicha fuerza apunta siempre hacia el centro de la Tierra.

La expresión matemática es: Peso = masa · gravedad

• P: Es el peso, es decir, la fuerza con la que la Tierra atrae a los cuerpos (medido en Newtons, N).
• m: Es la masa o cantidad de materia que tiene un cuerpo (medida en kilogramos, kg).
• g: Es la aceleración de la gravedad.

Fuerza eléctrica

Cuando un cuerpo material está cargado eléctricamente, ejerce una fuerza de atracción o repulsión sobre otros cuerpos con carga. Esto es lo que se conoce como fuerza eléctrica. Posee una serie de características fundamentales:

• Es repulsiva entre cargas del mismo signo.
• Es atractiva entre cargas de distinto signo.
• Disminuye con la distancia entre los cuerpos.
• Aumenta proporcionalmente con el valor de las cargas.