COLEGIO SAN LUIS GONZAGA De la Compañía de Jesús

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FÍSICA - DINÁMICA

FUERZAS

La dinámica del movimiento es una parte de la mecánica que relaciona a la cinemática del movimiento de un cuerpo con las causas que lo originan o lo modifican.

Estas causas se refieren a las interacciones que se realizan los cuerpos que rodean a la partícula, en las que participan por lo menos dos cuerpos, el que actúa y el que recibe el efecto.

Las interacciones que se producen entre 2 cuerpos, pueden ser a distancia o por contacto. Son a “distancia” cuando se producen por la presencia de un campo gravitatorio eléctrico o magnético y son por contacto cuando los cuerpos están en contacto entre sí.

Estas interacciones entre los cuerpos, modifican el estado de reposo o movimiento de los mismos, y se describen matemáticamente por concepto llamado fuerza.

Por esta razón, se dice que la dinámica estudia la relación que existe entre las fuerzas y los cambios que éstas producen en el movimiento de los cuerpos.

En este capítulo se imaginaran a todos los cuerpos analizados como partículas, ya que se considera que en las líneas de acción de las fuerzas pasan por el centro de la gravedad del cuerpo, y que éstos solamente tienen movimiento de traslación y no de rotación.

El problema fundamental de la dinámica es que, conociendo las características de las partículas (masa, carga, etc.), las condiciones iniciales del movimiento y la descripción de las fuerzas que le afectan, determinar cuál será el movimiento posterior de la partícula.

Inercia: Es la tendencia que tiene un cuerpo a oponerse a un cambio en su movimiento. Todo cuerpo posee inercia, la misma que depende de la cantidad de materia que tiene el cuerpo.

Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. A mayor cantidad de materia, mayor masa y mayor inercia.

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La Masa es una magnitud escalar, que no puede crearse, ni destruirse, únicamente transformarse de una forma a otra. Su cantidad total permanece constante y no representa variación alguna de un lugar a otro en la tierra.

La dimensión de la masa es

Su unidad en el SI es el kilogramo masa (kg) y en el CGS el gramo masa (g).

Equivalencias:

Peso (W): El peso de un cuerpo, es la fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre un cuerpo. La magnitud de la fuerza depende la posición del cuerpo sobre la Tierra, aumentada cuando vamos del ecuador al polo, y disminuye cuando nos elevamos sobre la superficie terrestre.

El peso es una unidad vectorial dirigida hacia el centro de la Tierra, y que actúa independientemente del estado del movimiento del cuerpo.

El peso es el producto de la masa por el cuerpo por la aceleración de la gravedad terrestre.

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Un cuerpo lejos de la superficie terrestre, donde es menos la influencia de la gravedad, pesa menos y si esta sobre la superficie de planetas con menor gravedad que la tierra, también pesara menos.

Un cuerpo en el espacio exterior, entre la Tierra y la Luna, puede no tener peso pero si masa.

En la Luna, la fuerza gravitacional sobre el cuerpo, es 1/6 de la terrestre. En planetas con mayor masa, pesara mas. Sin embargo, la masa del cuerpo, es la misma en cualquier parte. Masa y peso, son diferentes, una del otro.

La dimensión del peso es:

La unidad en el SI es el Newton (N) y en el CGS es la (dina).

Normal (N): Es la fuerza que se genera cuando un cuerpo descansa sobre una superficie plana. Las moléculas comprimidas de la superficie producen sobre el cuerpo una fuerza elástica, dirigida de la superficie hacia el cuerpo y perpendicular a las superficies de contacto.

El peso y la normal son diferentes, porque sus orígenes son diferentes, ya que se aplican en cuerpos diferentes.

Fuerza de rozamiento (fr): La fuerza de rozamiento, se presenta cuando unas superficies se encuentran en contacto con otra.

Actúa paralelamente a la superficie de contacto y siempre se opone al movimiento relativo de los cuerpos.

Esta fuerza de rozamiento se debe a las asperezas y deformaciones de las superficies de contacto.

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Cuando más lisas son las superficies de contacto, más fácilmente pueden deslizarse los cuerpos sobre el plano horizontal.

En la práctica se consideran dos fuerzas de rozamiento

Rozamiento estático (fs):

Donde µs, es la constante de la proporcionalidad, que recibe el nombre de coeficiente de rozamiento estático, cuyo valor depende del material de las superficies de contacto.

Rozamiento cinético (fk):

Cuando un móvil se desplaza por una superficie horizontal, se observa que disminuye su velocidad hasta pararse, porque existen fuerzas que se oponen al movimiento.

Donde µk, es la constante de la proporcionalidad, que recibe el nombre de coeficientes de rozamiento cinético, cuyo valor depende del material de las superficies de contacto.

La fuerza de rozamiento cinético es independiente del área de contacto y es proporcional a la fuerza normal (N).

Los coeficientes de rozamiento estático (µs) y (µk), son a dimensionales, y en los dos casos de rozamiento

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Para que un cuerpo se mueva con velocidad constante, hay que aplicar una fuerza de igual módulo y dirección contraria a la del rozamiento. En este caso la fuerza neta es cero y la aceleración es 0.

Fuerza elástica (Fe): Cuando un cuerpo está sujeto a fuerzas externas, experimenta cambios en su tamaño y forma.

Los materiales que recuperan su forma original después de haber sido deformados se denominan elásticos, y los que no recuperan su forma original, inelásticos. La fuerza que trata de restituir al cuerpo a sus condiciones iniciales, se denominan fuerza elástica.

La figura (a), muestra un resorte no deformado (Longitud Natural).

La figura (b), muestra el mismo resorte pero estirado por la acción de la fuerza F1 y con alargamiento X1. En este caso se genera una fuerza elástica Fe1, que tratará de volver al recorte a su longitud natural. El valor de esta fuerza elástica Fe1, crecerá conforme se va estirando el resorte.

La figura (c), se muestra el mismo resorte pero comprimido por la acción de F2 y con una deformación X2. En este caso también se genera una fuerza elástica Fe2, que tratara de volver al resorte a su longitud natural. El valor de la fuerza elástica Fe2, crecerá conforme se va comprimiendo el resorte.

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La fuerza elástica Fe, siempre está dirigida hacia el extremo del resorte que no está deformado y su valor depende de la variación de la longitud del resorte.

El signo menos señala que “F” y “x” tienen signo contrario. Si consideramos a la deformación “x”, positiva a la fuerza “F” es negativa y si consideramos a “x” negativa entonces la fuerza “F” es positiva.

En la ecuación (4.1.4) “k” es la constante de la elasticidad del resorte, la misma que está dirigida para cada resorte y se mide en unidades de fuerza sobre unidades de longitud.

Tensión de la cuerda (T): Cuando una cuerda AB, está fija en el punto A y se aplica una fuerza F en el punto B, se genera una fuerza de restitución llamada tensión, que se opone a la fuerza F.

Esto significa que la tensión es una fuerza ejercida por una cuerda de masa despreciable e inextensible, sobre un cuerpo que está ligado a ella.

La tensión (T) se representa con un vector dirigido a lo largo de la cuerda.

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Ejercicio y Desarrollo