Principios Fundamentales de la Dinámica y Cinemática: Fuerzas y Movimiento

Fuerza

Se define fuerza como toda causa que puede tener como efecto, bien cambios en el estado de movimiento de un cuerpo, bien una deformación en él. Su unidad, en el Sistema Internacional (SI), es el newton (N).

Efectos de la fuerza

Las fuerzas pueden cambiar el estado de movimiento de un cuerpo y también deformarlo. Según su comportamiento ante una fuerza, los materiales se clasifican en:

• Material elástico: Recupera su forma original cuando deja de actuar la fuerza que se ejerce sobre él.
• Material rígido: No se deforma al aplicarle una fuerza.
• Material plástico: Queda permanentemente deformado al cesar la fuerza aplicada sobre él.

Tipos de fuerzas

Se distinguen tres grandes grupos:

• Gravitatorias: Basadas en una propiedad general de la materia: la masa. Son responsables del peso de los cuerpos y de que los astros se agrupen en el universo.
• Electromagnéticas: Tienen su origen en las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. Es la fuerza con la que un imán atrae a un metal y la responsable de las descargas eléctricas.
• Nucleares: Con ellas se explican fenómenos como la radiactividad o la energía que se libera en las estrellas.

Clasificación por interacción

• De contacto: Si es necesario que haya contacto físico para ejercerlas.
• A distancia: Cuando el contacto no es necesario.

Fuerzas cotidianas

• Rozamiento: El rozamiento es una fuerza de origen electromagnético que actúa sobre las superficies de contacto de los cuerpos, oponiéndose al movimiento.
• Peso: El peso de un cuerpo en la Tierra es la fuerza con la que esta lo atrae. El peso y la masa son magnitudes diferentes (P = m · g).
• Normal: La fuerza normal se debe a que los cuerpos no pueden estar a la vez en el mismo lugar; es perpendicular a la superficie de contacto.
• Tensión: Cuando trasladamos un cuerpo tirando de él, o lo colgamos, las cuerdas o cables se tensan. En estos casos, la fuerza que hacemos se transmite al cuerpo a través de ellos, que están sometidos a una fuerza que llamamos tensión (T).
• Fuerza elástica: Un cuerpo elástico deformado tiende a recuperar su forma original, ejerciendo una fuerza opuesta a la que lo deforma. Recibe el nombre de fuerza elástica.

Naturaleza de las fuerzas cotidianas

Excepto el peso, las demás fuerzas de nuestro entorno son electromagnéticas. Las gravitatorias son siempre atractivas, mientras que las electromagnéticas pueden ser atractivas o repulsivas.

Movimiento

El reposo o el movimiento dependen del sistema de referencia. Un sistema de referencia es un lugar, llamado origen del sistema, junto con la forma de localizar un objeto respecto de él. Si la posición cambia, diremos que el cuerpo se mueve en dicho sistema de referencia. En el SI, la posición se expresa en metros (m).

Relatividad del movimiento

Decimos que el movimiento es relativo, pues podremos hablar de él o no dependiendo del sistema de referencia elegido.

Trayectoria

La trayectoria es la línea que resulta de unir las posiciones por las que va pasando un cuerpo durante su movimiento. Según la forma de la trayectoria, distinguimos:

• Movimientos rectilíneos: Cuando la trayectoria es una línea recta.
• Movimientos curvilíneos: Cuando es una línea curva.
• Movimientos circulares: Un caso particular de estos movimientos en los que la trayectoria es una circunferencia.

La trayectoria, al igual que la posición, depende del sistema de referencia.

Espacio recorrido

Se denomina espacio recorrido (e) a la distancia, medida sobre la trayectoria, que separa la posición inicial de la posición final de un cuerpo en movimiento (siempre que no cambie de sentido). En el SI se mide en metros (m).

Rapidez media

La rapidez media (v) resulta de dividir el espacio recorrido entre el tiempo (t) que se invierte en recorrerlo. En el SI, la rapidez se expresa en metros por segundo (m/s), aunque en nuestra vida cotidiana solemos utilizar el kilómetro por hora (km/h). La rapidez que lleva el cuerpo en un instante determinado se conoce como rapidez instantánea.

Aceleración

Los movimientos en los que la rapidez es constante se denominan movimientos uniformes, y aquellos en los que varía, movimientos acelerados. En los movimientos acelerados, la magnitud física que nos informa sobre la variación de rapidez en cada unidad de tiempo es la aceleración. Se define la aceleración (a) como el cociente entre la variación de rapidez y el tiempo en el que esta se produce.