I.-Leyes de la dinámica.

I.- Leyes de la dinámica.

La dinámica se basa en el estudio de las leyes de Newton.
Uno de los conceptos fundamentales en el estudio de la dinámica de la fuerza, en que términos coloquiales tiene muchas acepciones.
En algunos casos, el concepto que tenemos por la intuición o experiencia de lo que es una fuerza no es tan lejano a la realidad, como cuando sabemos que para empujar un coche o para levantar una carga es necesario aplicar determinada fuerza.
 Una fuerza es una acción que se ejerce sobre un cuerpo y es capaz de causar, modificar o impedir su movimiento: también puede producir deformación.Cuando los cuerpos interactúan, lo hacen a causa de una fuerza o produciendo una fuerza como consecuencia. 
Para que exista una fuerza se requiere al menos 2 objetos en interacción: por lo tanto, un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo.



Las fuerzas son cantidades vectoriales, como tales tienen magnitud, sentido y dirección. Se miden con un dispositivo conocidos como dinamómetro que consta en un resorte que se estira proporcionalmente a la fuerza que está recibiendo. Dicho estiramiento se determina por medio de una escala.

Clasificación de las fuerzas.

Por la distancia que se separa a los cuerpos que interaccionan, las fuerzas se dividen en:

*DE CONTACTO: Son los que se aplican directamente para lograr alguno de los efectos que ya mencionamos. La fuerza de fricción y la tensión son de esta naturaleza.

*A DISTANCIA: Son fuerzas que actúan sin que los cuerpos estén en contacto directo, mediante campos. De esté tipo son la gravitacional, magnética, nuclear y eléctrica. 

Imagen de fuerza de contacto:

Imagen de fuerza a distancia:

Fuerzas de contacto: 

Fuerza aplicada: Es la ejercida sobre un objeto por una persona u objeto, empujándolo o jalándolo (Imagen 1.1)

Fuerza normal:  Es la que se ejerce sobre un objeto cuando está descansando sobre un cuerpo firme (Imagen 1.2).

Fuerza de fricción: Es aquella que se presenta en las superficies de un cuerpo que está moviéndose o está por moverse y la de otro que se apoya en el primero (Imagen 1.3).

Fuerza de resistencia con el aire: Es una clase de fuerza de fricción que se presenta cuando un cuerpo se mueve a través del aire y esté va frenándose modificando el movimiento que se produciría si esta fuerza no existiera (Imagen 1.4).

Fuerza de tensión: Es la que se transmite gracias a cuerdas, sogas, alambres o cables que tiran o sostienen un objeto. Esta fuerza siempre jala (Imagen 1.5).

(Imagen 1.1)

(Imagen 1.2)

(Imagen 1.3)

(Imagen 1.4)

(Imagen 1.5)

Fuerzas a distancias.

Fuerza gravitacional o gravitatoria: Es la fuerza fundamental más débil que existe, su naturaleza es atractiva y se manifiesta proporcionalmente en función de la masa de dos objetos (Imagen 1.6).

Fuerza elctromagnéticas: Son de atracción y repulsión. Su manifestación ocurre en función de cargas eléctricas y son más intensas que las gravitacionales. Mantienen unidos los átomos para formar moléculas. Fueron estudiadas por Charles Coulomb (1736 - 1806), un físico e ingeniero francés cuyas aportaciones fueron fundamentales para el desarrollo de la electroestática 

(Imagen 1.7).

Fuerzas nucleares: Fueron inventadas para estudiar los procesos nucleares. Son de corto alcance, pero de gran intensidad. Se consideran de dos tipos: las fuertes y ñas débiles. Se supone que las primeras mantienen unido el núcleo de los átomos, son atractivas y suficientemente intensas para vencer la fuerza de repulsión entre los protones. Se presume que las débiles están presentes en sustancias radiactivas como productoras de inestabilidad en los núcleos de ciertos átomos y fundamentales en las reacciones de decaimiento radiactivo. Son más fuertes que las gravitacionales, pero más débiles que las electromágneticas (Imagen 1.8).

(Imagen 1.6)

(Imagen 1.7)

(Imágenes 1.8)

Herramientas para el estudio de las fuerzas.

Condiciones de equilibrio.

    Primera condición de equilibrio: equilibrio translacional.
Se presenta cuando la suma de las componentes de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto es igual a cero. Dicha condición ocurre en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (Velocidad constante). 

    Segunda condición de equilibrio: Equilibrio rotacional.
Es cuando la suma de los momentos que actúan sobre un cuerpo es igual a cero. Un momento es la tendencia de un cuerpo a girar al aplicarle una fuerza.

Diagramas de cuerpo libre.

 Constituyen una herramienta de suma importancia para el estudio de las fuerzas. Los diagramas de cuerpo libre o diagramas de fuerzas son una representación en el plano cartesiano de todos los vectores de las fuerzas que actúan sobre un objeto, de tal  manera que sea fácil identificarlos y sumarlos como vectores.

Procedimiento para elaborar programas de cuerpo libre.

*Dibujar bosquejo del problema a resolver si no se proporciona.

*Identificar las fuerzas que actúan sobre cada cuerpo del sistema dibujando un vector por cada una, tanto las conocidas como las desconocidas.

*Trazar un plano cartesiano por cada cuerpo del sistema escogiendo como origen un punto en el que ocurren los vectores. Es importante orientar los ejes según la ubicación de los cuerpos, sobre todo en el caso de los planos inclinados. Cuidar los ángulos de todos los vectores.

*Descomponer en sus componentes X y Y los vectores que no están sobre los ejes cartesianos. 

Primera ley de Newton (Ley de la inercia).

Galileo descubrió que existía una propiedad conocida como inercia, gracias a la cual todo cuerpo que está en reposo o movimiento rectilíneo uniforme permanecerá así; solamente la acción de fuerza puede cambiar este estado.

  Isaac Newton sintetizó la que hoy conocemos como ley de la inercia o primera ley de Newton que dice así: "Un cuerpo en reposo permanecerá en ese estado y uno en movimiento rectilíneo uniforme se mantendrá con velocidad constante, hasta que se le obligue a cambiar su estado por la acción de fuerza". 

Un ejemplo es cuando vamos en un automóvil. Cuando éste avanza, experimentamos un movimiento que hace que nos "peguemos" al asiento momentáneamente. Cuando viajamos con velocidad constante nos mantenemos en el mismo lugar en tanto no sea necesario frenar; cuando esto sucede nos inclinamos levemente hacia adelante hasta que el automóvil se detiene por completo.


Todo objeto en reposo permanecerá en reposo....

...hasta que se aplique una fuerza que lo ponga en movimiento.

Todo cuerpo permanecerá en movimiento rectilíneo uniforme....
...hasta que se aplique una fuerza para cambiar dicho estado.

Segunda ley de Newton ( F = a o F = ma).

     Cuando se considera la presencia de otras fuerzas en combinación que intervienen en el movimiento, la realidad es que la fuerza que produce la aceleración es la resultante: a mayor fuerza, más aceleración: y por otro lado, a mayor mas, menor aceleración.

     Newton formuló lo que hoy se conoce como su segunda ley del movimiento: "La aceleración que adquiere un objeto por efecto de una fuerza resultante es directamente proporcional y en la misma dirección de dicha fuerza inversamente proporcional a la masa del objeto". 

La segunda ley de Newton también sirve para explicar con más amplitud la caída libre de los cuerpos, ya que ante el efecto de una aceleración constante como g, la proporción entre fuerza (peso) y masa también es constante y proporcional.

Tercera ley de Newton (acción y reacción).

   Newton descubrió que las fuerzas no están aisladas, sino que ante la presencia de una fuerza siempre existe otra sobre la que está actuando o alguna que está actuando sobre ella.

La tercera ley de Newton dice: "A toda reacción corresponde una reacción en sentido opuesto y con la misma intensidad", esto significa que cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza igual sobre el primero. La primera fuerza es la acción y la segunda la reacción. 

Acción: la rueda empuja al camino
Reacción: al camino empuja la rueda.

Fricción.

Cuando la superficie de dos cuerpos están en contacto se ejerce una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza de fricción. Ésta siempre estará dirigida en sentido contrario al de su movimiento relativo, por lo que podemos considerarla un aplicación de la tercera ley de Newton. Su "intensidad" depende de la naturaleza de las superficies mismas y de la comprensión entre ellas.

Existen dos tipos de fricción: la estática, que se genera cuando dos superficies están en contacto durante el reposo y alcanza su valor máximo en el preciso instante en que una fuerza mínima inicia el movimiento. En ese estado, las fuerzas de fricción entre las superficies disminuyen, con lo que se produce la fricción cinética que es la fuerza mínima para conservar un movimiento con rapidez uniforme.