DINÁMICA
Dinàmica Masa Inercia Leyes de Newton 1ª ley de Newton o ley de la inercia La rama de la física que estudia las fuerzas y los tipos de movimientos que pueden producir se llama dinámica. Los ingredientes más importantes de la dinámica son las leyes de Newton y un concepto que parece muy sencillo pero que en física tiene un significado muy profundo: la masa. La masa es la magnitud que mide la cantidad de materia que contiene un cuerpo. En el Sistema Internacional se mide en kilogramos (kg). Todos los cuerpos no suelen cambiar su estado de movimiento. Cuando uno se mueve, tiene tendencia a continuar con el mismo movimiento, y cuando está en reposo, a quedarse en este estado. Esta propiedad que consiste en no cambiar el estado de reposo o de movimiento se llama inercia. Esta inercia o tendencia a conservar el estado de movimiento es más grande cuanta más materia contenga un cuerpo. Es decir, la masa de un cuerpo es una medida de su inercia: cuanta más masa tenga, más inercia y más difícil será cambiar su movimiento; ya sea acelerándolo, frenándolo o, simplemente, cambiando su dirección. La masa de un cuerpo, su inercia, es un elemento determinante para saber cómo se moverá cuando se le aplique una fuerza. También es necesario -claro está- conocer el valor, dirección y sentido de la fuerza. Cuando la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es nula, si el cuerpo se movía, lo continuará haciendo en línea recta y con velocidad constante. Si el cuerpo estaba en reposo, seguirá en ese estado. Los cuerpos tienen tendencia a conservar su estado de movimiento a no ser que haya alguna fuerza que les obligue a cambiarlo. Si un cuerpo está en reposo, tiene tendencia a quedarse en reposo. Si un cuerpo se está moviendo, tiene tendencia a seguir moviéndose. La causa que puede modificar el movimiento de un cuerpo es la fuerza. Dinámica 2
2a ley de Newton o ley fundamental de la dinámica Rozamiento Desde el punto de vista de la dinámica, estar en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme son situaciones equivalentes. Cuando un cuerpo está en reposo, hace falta una fuerza para ponerlo en movimiento. Una vez que se está moviendo, ya no hace falta ninguna fuerza para que se mantenga en movimiento. Este último punto ya no es tan fácil de entender a partir de la experiencia cotidiana; porque cuando impulsamos un cuerpo, acostumbramos a ver que al cabo de poco tiempo se acaba deteniendo. Pero esto se debe precisamente a que hay una fuerza de rozamiento, con el suelo o con el aire, que hace que se detenga. Si no hubiera rozamiento o, dicho de otra manera, si no hubiera ninguna fuerza, el movimiento continuaría. Sistema de referencia Cuando se dice que un cuerpo se mueve o está en reposo, inconscientemente queremos decir que se mueve o no respecto a otro. Como ya sabes, este cuerpo o conjunto de cuerpos que utilizamos para referirnos al movimiento de un objeto se llama sistema de referencia. Esta ley establece cómo calcular matemáticamente el movimiento que una fuerza provoca sobre un cuerpo. A este cambio lo conocemos con el nombre de aceleración. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, éste experimenta una aceleración en la misma dirección y sentido que la fuerza. El valor de la aceleración es directamente proporcional al de la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo: F = m a En la expresión matemática de esta ley, la fuerza (F) se expresa en newtons (N), la masa (m) en kilogramos (kg) y la aceleración, (a) en m/s 2. Cuanto más grande es la masa de un cuerpo, menor es la aceleración que le provoca una determinada fuerza. Esto sucede porque la masa es una medida de la inercia, que no es más que la resistencia a cambiar el estado de movimiento. A medida que esta resistencia es más grande (más masa), se necesita más fuerza para conseguir el mismo cambio (aceleración). Dinámica 3
3ª ley de Newton o ley de acción y reacción Accidentes de tráfico Composición de fuerzas Cualquier fuerza genera siempre una fuerza de reacción, igual y opuesta. Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste también ejerce una sobre el primero que tiene el mismo valor pero sentido contrario. Por este motivo puedes saltar. En realidad, lo que haces es una fuerza hacia abajo sobre el suelo y -como consecuencia- el suelo hace una fuerza hacia arriba sobre ti, que es la que te permite elevarte. Como ya hemos visto, todos los cuerpos tienen una inercia -es decir- una resistencia a cambiar su estado de movimiento. Cuando un coche choca repentinamente contra un objeto y se detiene de golpe, los ocupantes del vehículo tienden a seguir adelante con el movimiento que llevaban, e impactan con el cristal y con todo lo que encuentran. Por esta razón es muy importante abrocharse el cinturón de seguridad al subir al coche. El cinturón hace una fuerza que contrarresta la inercia a seguir hacia delante, con el objetivo de evitar los impactos con el cristal en caso de accidente. Hasta ahora hemos hablado siempre de una sola fuerza, pero en la realidad suelen haber diversas que actúan simultáneamente sobre un mismo cuerpo. Si haces fuerza para arrastrar un armario y no se mueve es porque hay una fuerza de rozamiento con el suelo que se opone a la tuya y que la contrarresta. Siempre que queramos saber cómo se moverá un cuerpo, debemos tener en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre él. Esto lo haremos sumándolas todas para obtener la llamada fuerza total o resultante, que actúa sobre el cuerpo. Esta fuerza resultante es la que determina el movimiento del cuerpo y es la que tenemos que introducir en las leyes de Newton para hacer los cálculos correspondientes. Dinámica 4
Fuerzas en la misma dirección Equilibrio y fuerzas estáticas Cuando dos fuerzas están en la misma dirección y tienen sentidos iguales, la resultante tendrá también la misma dirección y sentido que las fuerzas que se deben sumar, y su valor será el conjunto de sus valores. Si las fuerzas que queremos sumar están en la misma dirección pero tienen sentidos diferentes, la resultante seguirá estando en esta misma dirección. Su sentido será el de la fuerza con el valor más grande, y éste se puede calcular restando los valores de las iniciales. En algunos casos, cuando se suman todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, se puede obtener una fuerza resultante igual a cero. Esto significa que todas las fuerzas se contrarrestan y, por lo tanto, es como si no actuara ninguna sobre el cuerpo: es cuando decimos que el cuerpo está en equilibrio. El equilibrio se puede alcanzar porque realmente no actúa ninguna fuerza o, lo que es más habitual, porque todas las fuerzas que actúan se contrarrestan y suman cero. Estas fuerzas que, aplicadas sobre un cuerpo se contrarrestan y no dan lugar a ningún cambio en el movimiento, se llaman fuerzas estáticas. El concepto de equilibrio va ligado al estado de reposo o al estado de movimiento rectilíneo uniforme, que -como ya hemos visto- son equivalentes. Cuando un cuerpo sufre una aceleración, significa que la fuerza resultante es diferente de cero y, por lo tanto, el cuerpo deja de estar en equilibrio. Dinámica 5