Fundamentos de Física: Conceptos Esenciales de Mecánica y Equilibrio

Fórmulas Fundamentales de la Física

A continuación, se presentan algunas de las fórmulas más importantes utilizadas en la física para describir fenómenos de fuerza, masa, aceleración y elasticidad:

• Peso (P), Masa (m) y Gravedad (g):
  • P = m * g
  • m = P / g
  • g = P / m
• Fuerza Elástica (F_e) y Ley de Hooke:
  • Fe = K * Δx (donde K es la constante elástica y Δx es el alargamiento o compresión)
  • K = Fe / Δx
• Segunda Ley de Newton (Fuerza Neta, F_n):
  • Fn = m * a (donde m es la masa y a es la aceleración)
  • m = Fn / a
  • a = Fn / m
• Torque o Momento de una Fuerza (τ):
  • τ = F * d (donde F es la fuerza y d es la distancia perpendicular al punto de giro)
• Descomposición Vectorial de una Fuerza (F):
  • Fx = F * cos(θ) (componente en el eje x)
  • Fy = F * sin(θ) (componente en el eje y)
  • Nota: La expresión original f1=f1*cos(i)+f1*sen(j) parece referirse a la representación de un vector en componentes cartesianas, donde i y j son los vectores unitarios.

Conceptos Clave en Mecánica y Equilibrio

Centro de Gravedad y Centro de Masa

Centro de Gravedad de un Cuerpo Irregular

El centroide es la posición donde se puede considerar actuando la fuerza de gravedad neta; es el punto ubicado en la posición promedio donde se concentra el peso total del cuerpo.

Centro de Masa

Es el punto geométrico que dinámicamente se comporta como si en él estuviera aplicada la resultante de las fuerzas externas al sistema.

Centro de Gravedad

Es el punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo.

Equilibrio y sus Condiciones

Condición de Equilibrio para Cuerpos

Para que un cuerpo esté en equilibrio (estático), debe estar en reposo.

Condiciones del Equilibrio según el Tipo de Fuerza

Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden clasificarse según su disposición:

• Fuerzas Paralelas: Dos fuerzas son paralelas cuando sus direcciones son paralelas, es decir, las rectas de acción son paralelas, pudiendo también aplicarse en la misma dirección o en sentido contrario.
• Fuerzas Colineales: Dos fuerzas son colineales cuando la recta de acción es la misma, aunque las fuerzas pueden estar en la misma dirección o en direcciones opuestas.
• Fuerzas Angulares: Dos fuerzas se dice que son angulares cuando actúan sobre un mismo punto formando un ángulo.

Tipos de Equilibrio

• Equilibrio Neutro: Cuando el objeto que descansa sobre su centro de gravedad está perfectamente equilibrado para cualquier movimiento de ese cuerpo.
• Equilibrio Inestable: En el que, después de una perturbación, el objeto se aleja de su posición inicial.
• Equilibrio Estable: En el que, después de una perturbación, el objeto regresa a su posición inicial.
• Equilibrio Estático: Es la acción realizada para mantener la postura por medio de un control del tono muscular que anula las variaciones de carácter externo e interno que inciden en las posiciones del cuerpo.

Propiedades de Materiales y Conceptos Relacionados

Ley de Hooke

Establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo.

Cuerpo Elástico

Es un material que, sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad, es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Tensión (Física)

Magnitud física que representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo.

Conceptos de Trigonometría Aplicada a la Física

Función Seno

Se define como la razón entre el cateto opuesto y la hipotenusa en un triángulo rectángulo.

Función Coseno

Se asocia a cada número real x el valor del coseno del ángulo cuya medida en radianes es x.

Tipos de Cantidades Físicas

Cantidad Vectorial

Una cantidad vectorial se especifica totalmente por una magnitud y una dirección. Consiste en un número, una unidad y una dirección.

Cantidad Escalar

Cantidad cuya sola magnitud es suficiente para representarla. También podemos decir que es una cantidad que tiene magnitud pero no dirección. Por ejemplo, la temperatura y el volumen son cantidades escalares.

Curiosidades Físicas

Características de un Mono Porfiado

Es un muñeco con la base semiesférica que actúa de contrapeso, de modo que, tras golpearlo, siempre vuelve a la posición inicial. Este juguete es un excelente ejemplo de equilibrio estable.