Fundamentos de la Mecánica Clásica: Leyes de Newton y Máquinas Simples
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Leyes de Newton
- 1ª Ley (Principio de Inercia): Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él, generando así la inercia.
- 2ª Ley (Principio de Masa): La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración. F = a · m.
- 3ª Ley (Principio de Acción y Reacción): Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este ejerce sobre el primero una fuerza igual y en sentido opuesto.
Relación entre Peso, Masa y Aceleración
Las fórmulas fundamentales son:
- F = P
- a = g
- a = F / m
- F = m · a
- g = P / m
Momento de una Fuerza
El momento respecto a un punto es una medida de la tendencia de la fuerza a hacer girar el cuerpo alrededor de un punto o un eje. Se define como el producto de la intensidad de la fuerza por la distancia que existe entre el punto o el eje de rotación y la recta de acción de dicha fuerza.
M = F (newtons) · d (metros)
Cupla o Par de Fuerzas
Sistema formado por dos fuerzas de igual valor que poseen direcciones opuestas:
- F1 · d = F2 · d
- R = F1 - F2 = 0
Condición de Equilibrio
- 1º Equilibrio de traslación: Para que no haya movimiento de traslación, la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo debe ser igual a cero (ΣF = 0).
- 2º Equilibrio de rotación: Para que no haya movimiento de rotación, la suma de los momentos de las fuerzas respecto de un punto del cuerpo debe ser nula (ΣM = 0).
Máquinas Simples
Es el conjunto de elementos que se interponen entre una fuerza, energía y un trabajo mecánico. Se cumple la Ley de Conservación de la Energía, donde la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Clasificación
Palanca
Barra rígida con un punto de apoyo (PA), a la que se le aplica una fuerza (P) y que, girando sobre su punto de apoyo, vence una resistencia (R).
- 1er orden: P - PA - R (Bp = Br; P = R)
- 2do orden: P - R - PA (Mp = Mr; P · Bp = R · Br)
- 3er orden: R - P - PA (Mp = Mr; P · Bp = R · Br)
Plano Inclinado
Permite subir objetos realizando menos fuerza.
Polea
Cilindro sobre el que pasa una cuerda. Transforma el sentido de las fuerzas, permitiendo obtener una ventaja mecánica.
- Fija: F = R; Mp = Mr; Pd = Rd
- Móvil: F = R / 2
- Compuesta: Combinación de fijas y móviles (F = R / 2)