Fundamentos de la Mecánica Clásica: Conceptos Esenciales de Fuerza, Movimiento y Energía

Conceptos Fundamentales de Medición y Magnitudes

Medición Directa e Indirecta

La medición directa es una comparación directa de las dos propiedades. La medición indirecta se realiza con cálculos matemáticos para llegar a la respuesta.

Magnitudes Físicas por su Naturaleza

• Escalares: Cantidad numérica y su unidad.
• Vectoriales: Cantidad numérica, una dirección determinada y su unidad.

Vector

Elemento matemático indicado por un segmento de recta que nos permite graficar magnitudes vectoriales.

Fuerza y Equilibrio

Bioestática

Estudia la fuerza y el equilibrio mecánico que actúan sobre los animales y sus órganos en estado de reposo o en movimiento a una velocidad uniforme.

Fuerza

Son las acciones que ejerce un cuerpo sobre otro y que afectan el estado de movimiento o de reposo del cuerpo sobre el cual actúa.

Clasificación de la Fuerza

• Fuerzas de Campo: Aquellas que no implican contacto físico entre dos objetos, pero que actúan a través del espacio vacío.
• Fuerzas de Contacto: Aquellas que surgen del contacto físico entre dos objetos.

Tipos de Fuerzas de Contacto

• Fuerza Normal (F. Normal): Fuerza ejercida por una superficie sobre un cuerpo que se encuentra apoyado en ella y actúa en dirección perpendicular.
• Fuerza de Tensión (F. Tensión): Fuerza ejercida por objetos sobre un cuerpo, equilibrando las fuerzas aplicadas en sus extremos.
• Fuerza de Rozamiento (Fricción): Fuerza paralela a la superficie de contacto de dos cuerpos.
• Fuerza de Rozamiento Estático: Fuerza que se opone al inicio del deslizamiento del cuerpo (el cuerpo está en reposo).
• Fuerza de Rozamiento Cinético: Fuerza que se opone al cuerpo que se encuentra en movimiento.
• Fuerza Elástica (F. Elástica): Fuerza que origina un cuerpo elástico y que, al deformarse, vuelve a su estado normal.

Ley de Hooke

Establece que la fuerza aplicada a un material elástico es directamente proporcional a la deformación que se le produce.

Equilibrio Mecánico

• 1ª Condición (Equilibrio de Traslación): Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación cuando la fuerza resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula.
• 2ª Condición (Equilibrio de Rotación): Un cuerpo está en equilibrio de rotación cuando la suma de los momentos de torsión es cero.

Cinemática y Dinámica

Cinemática

La rama de la física que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen. Estudia la trayectoria en función del tiempo.

Movimiento Uniformemente Variado (MUV)

• La trayectoria es una línea recta.
• A tiempos iguales, aceleraciones iguales.
• A tiempos iguales, espacios diferentes.
• La aceleración es constante.

Leyes de Newton

• 1ª Ley de Newton (Principio de Inercia): Todo cuerpo que está en reposo o movimiento tiene la tendencia de permanecer en ese estado y se resiste a cambiarlo, a menos que actúe una fuerza externa y modifique dicho estado.
• 2ª Ley de Newton (Principio Fundamental de la Dinámica): La aceleración que posee un cuerpo en movimiento es el resultado de la aplicación de una fuerza. La aceleración será inversamente proporcional a la masa y directamente proporcional a la fuerza aplicada.
• 3ª Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción): Como resultado de la aplicación de una fuerza sobre un objeto, este devuelve como respuesta otra fuerza llamada reacción con igual intensidad, distinto punto de aplicación, dirección contraria y sentido opuesto.

Trabajo, Energía y Potencia

Trabajo y Energía

• Trabajo: Capacidad de un sistema para producir alguna forma de movimiento.
• Energía: Capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo.

Trabajo Mecánico

• Trabajo Positivo: Fuerza en la misma dirección que el desplazamiento.
• Trabajo Negativo: Fuerza en dirección contraria al desplazamiento.
• Trabajo Nulo: Fuerza perpendicular al desplazamiento.

Tipos de Energía Mecánica

• Energía Cinética (E. Cinética): Es la energía que tiene todo cuerpo en movimiento.
• Energía Potencial (E. Potencial): Es la energía que tiene todo cuerpo al encontrarse en una determinada posición.

Energía Mecánica Total

Es la suma de su energía cinética y de su energía potencial.

Potencia Mecánica

Se define como la rapidez con la que se realiza un trabajo.