Dinámica

La dinámica es una rama de la mecánica  que estudia los cuerpos en movimiento y la causa que los produce, además describe la evolución en el tiempo de cualquier sistema físico, especialmente, centra su interés en aquellos factores capaces de provocar alteraciones en el sistema físico, objeto de estudio y para ello los cuantificará y planteará ecuaciones de movimiento y evolución en relación al mencionado sistema.

Los sistemas mecánicos, clásicos, relativistas o cuánticos, son aquellos en los cuales la dinámica enfoca su trabajo.

"Orígen e Importancia de las Leyes de la Dinámica."

Isaac Newton fue el primer estudioso en formular algunas leyes fundamentales en este campo de estudio, las cuales,      más luego, se convertirían en un cuerpo de teorías que ofrecen las correctas respuestas para la mayoría de los problemas relacionados con los cuerpos en movimiento o   los que surgen mientras los      está                                                                                                                                                              estudiando.                                                                                                                                                                 

Las leyes de la dinámica ostentan una particular importancia para el hombre en general, ya sea estudioso o no de la temática, debido a que la comprensión de las mismas son las que le permitirán al hombre común determinar cuestiones como el valor, sentido y dirección de la fuerza que debe aplicar para que el cuerpo produzca determinado movimiento o cambio. Por ejemplo, para que un transporte de carga viaje equilibrado y seguro será preciso que se le aplique al mismo la fuerza en el lugar más adecuado y esto se puede por obra y gracia de la dinámica  claro está.

 

Toda la física se podía reducir a tres Principios básicos, conocidos como Leyes de la Dinámica o Leyes de Newton:

Primera ley o ley de inercía	Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica	La fuerza que actua sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.
Tercera ley o Principio de acción-reacción	Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

Estas son las tres leyes de Newton y, a continuación, vamos a comentarlas cada una por separado.

La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercía, nos
dice que si sobre un cuerpo no actua ningún otro,este permanecerá
indefinidamentemoviéndose en línea recta con velocidad constante
(incluido el estado de reposo,que     euivale a velocidad cero).

     
Como sabemos, el movimiento es  relativo, es decir, depende de cual
sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero
de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo
del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén
de un a estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad.
Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el
movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo
especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de
referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los
que se observa que un cuerpo sobre el que no actua ninguna fuerza
neta se mueve con velocidad
constante.



La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto .

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que: "la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo". La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:

F = m a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:

F = m a

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea,

1 N = 1 Kg • 1 m/s2

La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m • a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.

Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:

p = m • v

La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una magnitud vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en Kg•m/s . En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:

La Fuerza que actua sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,

F = dp/dt

De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos:

F = d(m•v)/dt = m•dv/dt + dm/dt •v

Como la masa es constante

dm/dt = 0

y recordando la definición de aceleración, nos queda

F = m a     (tal y como habiamos visto anteriormente).

Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:

0 = dp/dt

es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es el Principio de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.

 

Tal como comentamos en al principio de la Seguda Ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros tambien nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actuan sobre cuerpos distintos.

"Fuerzas y acciones."

La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos.Una vez establecidas  las ecuaciones del móvil es posible determinar su velocidad y/o posición en cualquier instante.

 

Una fuerza aparece cuando comienza la acción y actúa mientras ésta sigue ejerciéndose.Si la acción cesa, la fuerza desaparece.

*Fuerza de Rozamiento.

es una fuerza que aparece cuando hay doscuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia elmovimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar(cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, porejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelorugoso).

Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los doscuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza de rozamiento estática. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemosuna fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la fuerza con laque empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de rozamiento yserá entonces cuando el armario se pueda mover, tal como podemos observar enla animación que os mostramos aquí. Una vez que el cuerpo empieza a moverse,hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática.

Se clasifica en:

*Fuerza de rozamiento Cinética:
 Producida cuando dos cuerpos están en movimiento y en contacto con la   superficie aunque no hay que olvidar la fuerza de rozamiento con el aire que la única forma de eliminarla es a través de una cámara de vacío.



*Fuerza de rozamiento Estática:

Si a un cuerpo en reposo le aplicamos una fuerza, observamos que no comienza a deslizar inmediatamente.Aparece una fuerza estática de rozamiento que la equilibra.La fuerza de rozamiento estática no tiene un valor definido.