RECURSOS PARA APRENDER CIENCIAS BÁSICAS Y MATEMÁTICAS

En esta sección encontrarás contenidos de Biología, Química, Física y Matemáticas

Dinámica

Otra preocupación de la mecánica es el por qué se genera tal o cual movimiento, o por qué un movimiento cambia. De acuerdo a Isaac Newton, esto se explica a través del concepto de fuerza; en esencia, una fuerza es una acción sobre un cuerpo que permite generar un cambio de velocidad del cuerpo. Las ideas de Newton y sus consecuencias se constituyen el conjunto de conocimientos denominado dinámica. La Dinámica nos permite comprender por qué un auto logra moverse en el pavimento, y, a la inversa, por qué deja de moverse al frenarlo.

Fuerzas

Fuerzas comunes

Ejemplo

Una persona tiene que poner 15 sacos de 10 (kg) de masa que están en el suelo en una repisa a 1,2 (m) de altura. ¿Cuanto vale el trabajo realizado y cual es el cambio en energía potencial del conjunto de los saquitos?

Ep = m x g x h = 1764 [J] (tomando como referencia cero el nivel del suelo)

Leyes de la dinámica

Primera Ley

De forma muy interesante, la Dinámica se resume en tres leyes. La primera se conoce como la ley de inercia, o primera Ley de Newton , que nos indica que todo cuerpo tiende a permanecer en el estado de movimiento en que se encuentra (de manera ideal). Es decir, si está en reposo respecto a un sistema de referencia, seguirá reposo a menos que una fuerza externa actúe sobre él. O, si está moviéndose respecto a un sistema de referencia, debería seguir moviéndose indefinidamente con la misma velocidad.

Newton explica la inercia con su postulado que las fuerzas son las causas de los movimientos. Por lo tanto, si un cuerpo está en reposo o moviéndose a velocidad constante es porque la suma de las fuerzas (como : peso, roce, fuerzas externas) que actúan sobre ese cuerpo es nula (como si no hubiera fuerza actuando sobre él):

Cuando los cuerpos aceleran (cambian su estado de movimiento) es porque la suma vectorial de las fuerzas sobre él no es cero (la fuerza neta no es cero):

Ejemplo:

Un niño se desliza en un trineo montaña abajo. Su velocidad es constante. ¿Qué se puede decir sobre las fuerzas que actúan sobre el trineo y el niño? Las fuerzas que actúan sobre el niño y el trineo son: la fuerza de gravedad (uno de cuyos componentes tiran al niño hacia abajo), la fuerza de roce con la nieve, y la fuerza de roce con el aire (mucho menor). Si la velocidad es constante, ; es decir, las fuerzas se equilibran vectorialmente y no hay fuerza neta sobre el niño /trineo.

Ejemplo 2:

Considera por ejemplo lo que sucedería cuando un futbolista patea un corner. Inicialmente, el balón está detenido sobre el pasto y se quedará indefinidamente en ese estado a menos que algo o alguien actúen sobre él. En esta situación inicial, . El futbolista patea. En el momento en que el pie toca la pelota, ésta es empujada hacia adelante; esto es, aparece una fuerza sobre el balón que antes no estaba.

Bajo la influencia de la fuerza ejercida por el pie, la pelota empieza a moverse. Y se mueve cada vez más rápido mientras persiste la fuerza ejercida por el pie. Esto es , la fuerza hecha por el pie causa una aceleración en la pelota ( decimos que acelera porque su velocidad va cambiando mientras dura el contacto entre pelota y pie. Entonces

Ejemplo

Ejemplo

Un jugador patea una pelota de fútbol de masa 450 g. La velocidad de la pelota cambia de  a  durante la patada, y el contacto pelota-pie dura 50 milisegundos.

¿Cuánto es fuerza aplicada por el futbolista sobre la pelota?

Respuesta

La velocidad de la pelota cambió de  a , es decir, hubo una aceleración, por lo tanto una fuerza.

La aceleración es

Y por lo tanto la fuerza aplicada sobre la pelota es:

¿Cómo podrías representar gráficamente esa fuerza?

Luego de la patada (cuando la pelota se separa del pie), ya no está el empuje del pie sobre la pelota, es decir, cesó la fuerza hecha por el pie. En este momento la pelota se separa del pie  y sigue moviéndose con la velocidad que logró.

Ejemplo:

Si la fuerza del roce es de 3,6N a 225º ¿Cuánto valdría la fuerza neta ejercida sobre la pelota mientras vuela?

La fuerza peso es 

La fuerza de roce tiene que descomponerse para la suma:

Por lo tanto la fuerza neta es:

 

Resumen

Newton propuso que los cambios de movimientos se deben a las fuerzas (acciones) que se aplican a los cuerpos, de modo que:

De modo que si la fuerza neta (suma vectorial de las fuerzas) es nula, no hay aceleración y el cuerpo sigue inmóvil o moviéndose con la velocidad que traía: Decimos que el cuerpo está en equilibrio.

Si la fuerza neta no es cero, , y el cuerpo no está en equilibrio, sino acelerando (aumentando o reduciendo su velocidad).

Ahora pensemos en el caso de una persona que pretende disparar una escopeta. Quienes hayan vivido esta experiencia referirán que cuando apretaron el gatillo al disparar sintieron que se ejercía, otra vez, una fuerza que los impulsaba en el sentido contrario al que adquiría la bala que salía por el cañón. Esto último refleja la Tercera Ley de Newton o de acción y reacción, donde toda fuerza que se ejerza, va aparejada de una fuerza de la misma magnitud pero dirección opuesta.

Importante es mencionar que las fuerzas se ejercen sobre cuerpos distintos, ya que muy común es el hecho de considerarla sobre el mismo cuerpo, por ejemplo, cuando una persona patea un balón, existirá una fuerza del pie sobre el balón, y su par de reacción será del balón sobre el pie de la persona, con eso queda claro que ambas fuerzas no se dan sobre el balón.

Cuando uno comprime un resorte, éste responde con una fuerza opuesta claramente perceptible e igual a la fuerza aplicada. Mientras más comprimimos, más fuerza necesitamos hacer, mayor es la fuerza con la que el resorte resiste.

Cuando se expande un resorte, éste también opone una fuerza restauradora que es de la misma magnitud de la fuerza hecha sobre el resorte.

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