Principios Esenciales de la Dinámica: Fuerzas, Movimiento y Leyes Físicas

Conceptos Fundamentales de la Dinámica

La Dinámica es la parte de la Física que estudia la relación entre las fuerzas y los cambios en el movimiento de los sistemas o de sus elementos.

La Cantidad de Movimiento Lineal de un cuerpo en movimiento es una magnitud vectorial igual al producto de la masa del cuerpo por su velocidad.

Fuerzas en un Sistema

• Fuerzas Exteriores: Se ejercen desde fuera del sistema.
• Fuerzas Interiores: Se ejercen entre sí las masas que forman el sistema. Son fuerzas de acción y reacción, por lo que sumadas las del sistema completo dan como resultado cero.

Impulso y Conservación

El Impulso de una fuerza constante que actúa sobre un cuerpo durante un intervalo de tiempo es una magnitud vectorial que representa el efecto acumulado de la fuerza.

El Teorema del Impulso nos indica que el impulso de cada fuerza que actúa sobre una partícula es igual al incremento de la cantidad de movimiento que experimenta dicha partícula.

Según el Teorema de Conservación de la Cantidad de Movimiento, si la suma de las fuerzas exteriores a un sistema es cero, la cantidad de movimiento total de las masas que lo forman se conserva.

Leyes del Movimiento de Newton

Las tres leyes de Newton son principios fundamentales que describen el movimiento de los objetos y la interacción entre ellos.

Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia)

Los cuerpos sobre los que no actúan fuerzas o, si actúan, su resultante es nula, mantienen su estado de movimiento. Por ejemplo: si están en movimiento, lo mantendrán sin variar su velocidad ni su trayectoria.

Segunda Ley de Newton (Ley Fundamental de la Dinámica)

Si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un objeto no es nula, este experimenta una aceleración que es paralela y del mismo sentido que dicha resultante, y cuyo valor es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas e inversamente proporcional a la masa del objeto (F = ma).

Tercera Ley de Newton (Ley de Acción y Reacción)

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo, este segundo cuerpo ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero. Estas fuerzas se denominan acción y reacción.

Tipos Específicos de Fuerzas

Fuerzas Elásticas: Ley de Hooke

Los muelles responden a cada fuerza que experimentan generando otra igual y de sentido contrario, denominada Fuerza Recuperadora Elástica, que tiende a hacer volver el muelle a su longitud original.

La Ley de Hooke expresa la relación entre la fuerza ejercida sobre el muelle y la deformación que experimenta. La fuerza recuperadora elástica es del mismo valor y sentido opuesto a la fuerza aplicada.

Fuerzas de Rozamiento

• La Fuerza de Rozamiento es la fuerza que aparece entre dos superficies o entre un objeto y un fluido que lo rodea, cuando se mueven una respecto de la otra o el objeto respecto del fluido.
• La Fuerza de Rozamiento Estático existe mientras no hay movimiento relativo entre las superficies.
• La Fuerza de Rozamiento Dinámico es la fuerza que actúa cuando el objeto está en movimiento relativo respecto a la superficie.

Otras Fuerzas Comunes

• La Fuerza Normal es la fuerza que una superficie ejerce sobre un objeto apoyado en ella, perpendicular a la superficie.
• La Tensión es la fuerza transmitida a través de una cuerda, cable o similar cuando se tira de un objeto.