Aránzazu González Mármol

I.E.S. Orden de Santiago
(Horcajo de Santiago - Cuenca-)

cienciaenhorcajo@gmail.com

DINÁMICA: LEYES DE NEWTON

 

Video ganador del I Certamen FECYT sobre materiales divulgativos.

Web con todos los contenidos desarrollados a través de applet.

Una divertida forma de ver los movimientos y entenderlos.

 

La dinámica es la parte de la Física que estudia el movimiento y sus causas, siendo estas las fuerzas. Las fuerzas no sólo provocan cambios en el estado de movimientos de los cuerpos también pueden provocar deformaciones.

Las fuerzas son interacciones entre dos o más cuerpos, pudiendo ser por contacto o a distancia. Existen cuatro fuerzas fundamentales en el Universo: Gravitatoria (entre masas); Eléctrica (entre cargas); Nuclear fuerte (protones unidos en el núcleo); Nuclear débil (desintegraciones de los átomos: quarks).

Las fuerzas son magnitudes vectoriales cuya unidad en el SI es el Newton (N) en honor a este magnífico científico.

1. Fuerzas y deformaciones: no todos los cuerpos se comportan igual ante una fuerza, clasificándose en:

- rígidos: no se deforman por una fuerza, pueden llegar a romperse.

- elásticos: se deforman y recuperan la forma al anularse la fuerza. Tienen un límite de elasticidad a partir del cual ya no recuperan su forma original.

- plásticos: se deforman y no recuperan su forma. Tienen el límite de rotura a partir del cual los cuerpos se rompen.

1.1. Ley de Hooke: Hooke estableció la relación entre la fuerza aplicada a un cuerpo elástico (muelle) y la deformación que se produce. Realizaremos una práctica en el laboratorio para comprobar dicha fórmula y, además, puedes practicar en el laboratorio virtual.

2. Operaciones con fuerzas: al ser vectores, para calcular la resultante (fuerza total) sobre un cuerpo es necesario operar con ellas como con vectores. Os dejo aquí el enlace de vectores para que recordéis algunas cosillas.

En esta página web podrás repasar las operaciones de fuerzas concurrentes y no concurrentes.

3. Cuerpos en equilibrio: un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando la resultante sobre él es cero. Si quieres que un cuerpo se encuentre en equilibrio, sólo tienes que calcular la fuerza neta sobre él y aplicarle una fuerza de igual módulo y dirección pero sentido contrario.

4. Las fuerzas como causa del cambio de movimiento: el ser humano siempre se ha planteado las causas del movimiento. Ya Aristóteles en el s IV a.C. reflexionó sobre dicho concepto estableciendo que el estado natural de los cuerpos era el reposo y que todo cuerpo se mueve por la acción de otro. Sin embargo, en el s. XVII Galileo Galilei cambió dicha visión con su principio de inercia, que estableción tras el estudio de los cuerpos por planos inclinados. Tras él, Isaac Newton completó su trabajo estableciendo los tres principios de la dinámica, conocidos también como las tres leyes de Newton, que estudiaremos a continuación: Mira este video (ganador del I Certamen FECYT de Comunidad Científica)

4.1. Primer principio de la dinámica o principio de inercia: de acuerdo con lo que estableción Galileo "si sobre un cuerpo su fuerza neta es cero, este se mantendrá en reposo o seguirá con MRU" De forma que el estado natural de los cuerpos no es sólo el reposo, como establecía Aristóteles, sino también MRU.

4.2. Segundo principio de la dinámica: Newton estableció que "cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, esta le provoca una aceleración en la misma dirección y sentido, proporcional a su masa".

Una de las fuerzas más comunees en nuestra vida es la denominada peso que se define como la fuerza con la que un planeta atrae a un cuerpo, siendo en el caso de la Tierra, que la aceleración que nos imprime la Tierra a todos los cuerpos es la llamada gravedad (9,8 m/s2), de forma que el peso: p= mg.

4.3. Tercer principio de la dinámica o principio de acción-reacción: "cuando un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza llamada acción, el segundo responde coon una fuerza igual y de sentido contrario denominada reacción" Así vemos como las fuerzas aparecen por pares (interacción)

Es muy importante tener en cuenta que estas fuerzas (iguales en módulo y dirección pero sentido contrario) no se anulan entre sí al estar aplicadas en cuerpos diferentes.

De este tercer principio se establece la fuerza normal, que es la fuerza de reacción de un plano sobre el que el cuerpo está apoyado, siendo siempre perpendicular al plano y sentido contrario al del apoyo.

Aquí tienes varios enlaces para que repases y refuerces estos conceptos: Enlace 1 (en él podrás hacer prácticas virtuales para comprobar estos principios); Enlace 2 (explicación detallada de las tres leyes con laboratorio virtual también).

5. Las fuerzas y el movimiento: las leyes de la dinámica nos permite conocer el tipo de movimiento de un cuerpo y con ello establecer una relación entre la cinemática y la dinámica, con lo que resolveremos ejercicios en los que se tiene que tener en cuenta ambos aspectos de la Física. Repasa los conceptos dados de MRU, MRUA y MCU.

6. Plano inclinado: cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie horizontal, este está en reposo, es decir, su fuerza neta es cero debido a que están actuando el peso (hacia abajo) y la normal (hacia arriba). Pero si este plano horizontal lo vamos inclinando, la fuerza peso se va descomponiendo en sus componentes X e Y, mientras que la normal sigue estando en el eje Y. La fuerza peso en Y se anula con la normal, pero la fuerza peso en X hace que a partir de un cierto ángulo de inclinación el cuerpo descienda.

7. Fuerza de rozamiento: es una fuerza que siempre se opone al movimiento y es debido a interacciones entre el móvil y la superficie sobre la que se mueve (o el aire o el agua, por ejemplo). Esta fuerza depende del valor de reacción (normal) sobre la superficie de apoyo y las características de las dos superficies en contacto (rugoso, liso, ...).

Existe dos tipos de coeficientes de rozamiento: el estático (para la fuerza de rozamiento que hay que vencer para poner el cuerpo en movimiento) y el dinámico (fuerza que hay que vencer cuando el cuerpo ya está en movimiento. Siempre el coeficiente estático es mayor que el dinámico (nos cuesta más poner en movimiento un cuerpo que mantenerlo en movimiento)

8. MCU: hemos visto que un cuerpo que gira va cambiando siempre la dirección de la velocidad, aunque no lo haga su módulo, apareciendo, como ya hemos estudiado, siemrpe la aceleración normal o centrípeta. Según la segunda ley de Newton, toda aceleración es debida a una fuerza, estableciendo así la fuerza centrípeta, dirigida también hacia el centro de curvatura. Esta es la fuerza responsable, por ejemplo, del movimiento de una honda. Cuando desaparece esta fuerza, el cuerpo sale perpendicularmente a dicho punto, según la dirección y sentido del vector velocidad.