Principios Fundamentales de la Física: Dinámica, Hidrostática y Gravitación

1er Principio de la Dinámica (Principio de la Inercia)

Todo cuerpo en estado de reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme, mientras actúe sobre él una fuerza neta (varias fuerzas pueden estar actuando sobre el cuerpo, pero si la resultante es nula, no hay fuerza neta). La inercia es la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o de movimiento.

2º Principio de la Dinámica (Principio Fundamental de la Dinámica - PFD)

Las fuerzas originan aceleraciones.

Fórmulas del PFD

• F = m · a (aceleración tangencial)
• m = F / a
• a = F / m

Masa Inerte

• Magnitud fundamental
• Magnitud escalar
• Magnitud invariable

Fuerza

• Magnitud derivada
• Magnitud vectorial:
  • Módulo
  • Dirección
  • Sentido
• Unidades:
  • F (S.I.): Newton (N)
  • (C.G.S.): Dinas (dyn)
  • (T.T.): Kilopondios (kp)

Relación en el S.I.

F (N) = m (kg) · a (m/s²)

Equivalencias de Unidades

• 1 N = 10⁵ dyn
• 1 kp = 9.8 N

3er Principio de la Dinámica (Principio de Acción y Reacción)

Cuando dos cuerpos interaccionan, las fuerzas que ejercen el uno sobre el otro tienen idéntico módulo y dirección, pero sentidos opuestos. Las fuerzas de acción y reacción nunca pueden equilibrarse entre sí, debido a que actúan sobre cuerpos diferentes.

Principio Fundamental de la Hidrostática

La diferencia de presión entre dos puntos de un líquido homogéneo en equilibrio es igual al producto de la densidad por la diferencia de altura.

Puntos a la misma altura

Puntos que están en la misma horizontal reciben la misma presión.

Fórmula de la Presión Hidrostática

Presión = densidad del fluido · gravedad · altura

P (Pa) = ρ (kg/m³) · g (m/s²) · h (m)

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

• Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje dirigido hacia arriba.
• El empuje que recibe un cuerpo es igual al peso del volumen del líquido que desaloja.
• El empuje no depende del material del que está fabricado el cuerpo, sino del volumen del mismo que se introduce en el agua.

Cálculo del Peso Aparente y Empuje

Peso aparente = Peso real - EMPUJE

P_aparente = P_real - EMPUJE

EMPUJE = Volumen del cuerpo · densidad del líquido · gravedad

EMPUJE (N) = V_cuerpo (m³) · ρ_líquido (kg/m³) · g (m/s²)

¿De qué depende la Fuerza de Rozamiento?

La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de las superficies que están en contacto y del grado de pulimento de las mismas.

Diferencias entre Masa y Peso

Masa

• Magnitud escalar
• Se mide con balanza
• Unidad (S.I.): Kilogramos (kg)
• Magnitud fundamental
• Invariable

Peso

• Magnitud vectorial
• Se mide con dinamómetro
• Unidad (S.I.): Newton (N)
• Magnitud derivada
• Variable (depende de la gravedad):
  • Luna
  • Tierra

Ley de la Gravitación Universal

Todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Fórmula de la Gravitación Universal

Fuerza = Constante de gravitación universal · (masa₁ · masa₂) / (distancia)²

F = G · (m₁ · m₂) / r²

G = 6.67 · 10^-11 N·m²/kg²

Cambios de Unidades

• 1 atm = 760 mm Hg
• 1 atm = 101300 Pa
• 1 N = 10⁵ dyn
• 1 kp = 9.8 N

Fórmulas Clave

• F (N) = m (kg) · a (m/s²)
• Peso (N) = m (kg) · g (m/s²)
• F_rozamiento (N) = μ · Peso (N)
• μ = F_rozamiento (N) / Peso (N) (solo número, sin unidades)
• F = G · (m₁ · m₂) / r²
• Presión (N/m²) = F (N) / S (m²)
• Presión (Pa) = ρ (kg/m³) · g (m/s²) · h (m)
• Peso aparente (N) = Peso real (N) - EMPUJE (N)
• EMPUJE (N) = V_cuerpo (m³) · ρ_líquido (kg/m³) · g (m/s²)
• Presión = F / S = Peso / S = m (kg) · g (m/s²) / S (m²)
• F_c = m (kg) · v² (m/s) / r (m)

Prensa Hidráulica

• P₁ = P₂
• F₁ / S₁ = F₂ / S₂
• S₁ <<< S₂