Dinámica: Causas que Provocan el Movimiento de los Cuerpos

La dinámica es la parte de la mecánica que estudia la relación entre el movimiento y las causas que lo producen (las fuerzas), el movimiento de un cuerpo es el resultado de las interacciones con otros cuerpos que se describen mediante fuerzas, es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. La dinámica ha sido la ciencia madre que ha dado paso a la mecánica tradicional y que posibilita desde la construcción de una bicicleta hasta los viajes espaciales modernos.

Bueno investigando a fondo y a parte de las clases, en si por sitios web confiables conocí mas sobre la dinámica como sus orígenes; Una de las primeras reflexiones sobre las causas de movimiento es la debida al filósofo griego Aristóteles; el cual definió el movimiento, lo dinámico, como:

“La realización acto, de una capacidad o posibilidad de ser potencia, en tanto que se está actualizando”.

Aristóteles invierte el estudio de la cinemática y dinámica, estudiando primero las causas del movimiento y después el movimiento de los cuerpos. Los experimentos de Galileo sobre cuerpos uniformemente acelerados condujeron a Newton a formular sus leyes fundamentales del movimiento es así como 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 se los está estudiando.

Los científicos actuales consideran que las leyes que formuló Newton dan las respuestas correctas a la mayor parte de los problemas relativos a los cuerpos en movimiento, pero existen excepciones. En particular, las ecuaciones para describir el movimiento no son adecuadas cuando un cuerpo viaja a altas velocidades con respecto a la velocidad de la luz o cuando los objetos son de tamaño extremadamente pequeños comparables a los tamaños.

La dinámica en el ámbito de la física está regulada por las Leyes de Newton lo cual obedece a 3 leyes: la primera ley, indica que un cuerpo se mantendrá en reposo o movimiento uniforme excepto que sobre el cuerpo actúe una fuerza; la segunda ley, establece que la variación del movimiento de los cuerpos es proporcional a la fuerza que se ejerce sobre él; la tercera ley, expresa que el impulso de una fuerza constante es el producto de la misma por el tiempo que actúa y produce una alteración en la cantidad de movimiento sobre el cuerpo afectado.

El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica fue iniciada por Aristóteles en torno a 384 a.C., ya que se preguntaba por qué se movían los cuerpos, Aristóteles desarrolló una teoría en un intento de explicar los movimientos de los cuerpos. Esta teoría sigue siendo válida hasta la Edad Media. Pero Galileo Galilei hizo caer en cuenta que lo propio de la materia es mantener el movimiento rectilíneo uniforme, y entonces se preguntaba por las causas que cambian el estado de movimientos de los cuerpos. Así se considera las fuerzas como la causa de variación del movimiento de los cuerpos.

Isaac Newton creo un sistema teórico coherente llamado las leyes de Newton mediante el cual es posible explicar el movimiento de los cuerpos que son:

• Principio de Inercia o Primera Ley de Newton: Describe lo que ocurre con los cuerpos que están en equilibrio.
• Principio fundamental de la dinámica y la segunda ley de Newton: Explica lo que sucede cuando no hay equilibrio
• Principio de Acción y Reacción o tercera ley de Newton: Muestra el comportamiento de las fuerzas, cuando tenemos dos cuerpos en interacción.

La dinámica en física:

• Es una rama de la física que estudia los movimientos
• Estudia el movimiento de los cuerpos, el origen y su predicción
• Está basada en las tres leyes de newton.

El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.

La segunda ley de Newton o también conocida como ley fundamental de la dinámica bueno esta ley es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Esta segunda ley 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

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Esta ley se aplica en un gran número de fenómenos físicos, pero no es un principio fundamental como lo son las leyes de conservación. Aplica solamente si la fuerza es una fuerza neta externa. No aplica directamente en situaciones donde la masa cambia, ya sea perdiendo o ganando material o si el objeto está viajando cerca de la velocidad de la luz, en cuyo caso deben incluirse los efectos relativistas. Tampoco aplica en escalas muy pequeñas a nivel del átomo, donde debe usarse la mecánica cuántica.

De acuerdo a la segunda ley de Newton, la aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza F actuando sobre ella e inversamente proporcional a su masa m. Expresando F en newtons obtenemos a–para cualquier aceleración, no solamente para la caída libre–de la siguiente forma: a = F/m

En principio expresa que: “El cambio de un movimiento es proporcional directamente a la fuerza motriz impresa en él y tiene lugar según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”. Lo cual quiere decir que la aceleración de un objeto en movimiento responde a la cantidad de fuerza que se aplique para modificar su desplazamiento.

La dinámica está presente en la vida cotidiana de todas personas, aquí les dejare algunos ejemplos de la vida cotidiana que son muy comunes:

1. El hecho de patear una pelota. Cuando pateamos una pelota, ejercemos fuerza en una dirección específica, que es la dirección en la que esta viajará. Además, cuanto más fuerte se patee esa pelota, más fuerte es la fuerza que ponemos sobre ella y más lejos se irá.
2. Capturar la pelota con la mano. Los deportistas profesionales mueven la mano hacia atrás una vez que cogen la pelota, ya que proporciona a la pelota más tiempo para perder su velocidad, y a su vez aplicar menos fuerza de su parte.
3. Cuando necesitamos empujar un objeto o levantar algún objeto pesado mediante una cuerda. (Desplazar un mueble de un cuarto de la casa a otro)
4. lanzar un objeto con la fuerza necesaria para llegue a un lugar. (Las armas de fuego lanzan balas a kilómetros de distancia)
5. Para no sobrecargar una cuerda con demasiado peso y que resista la tensión. (Ascensores más seguros y eficientes)
6. La fuerza necesaria para detener un objeto que avanza o acelera en una dirección. (Atrapar un objeto en el aire)
7. Al crear estructuras que se mantengan en equilibrio. (Elaborar edificios más resistentes y extravagantes)
8. Al fabricar objetos o maquinas que dependan de su velocidad, fuerza y resistencia. (Motores que aprovechen mejor los combustibles)
9. Al diseñar medios de transporte que puedan alcanzar altas velocidades. (Autos con modelos más aerodinámicos)
10. Al investigar sobre materiales que puedan servir sus propiedades. (Materiales más duros y ligeros que puedan reemplazar al metal)
11. Al diseñar sistemas que alcancen altas magnitudes sin poner en riesgo la integridad de las personas. (Trenes, aviones o autos que aceleren de forma segura)
12. Al investigar de los diferentes movimientos de todo tipo de cuerpo. (Estudiar el movimiento de los planetas, estrellas u otras estructuras)
13. Al buscar formas más efectivas de realizar un trabajo que involucre fuerzas. (Elaborar máquinas y herramientas más eficientes para trabajos como la agricultura)
14. Diseñar Fabricar que utilicen mejor las fuerzas, reduciendo recursos y energía. (Fabricas con mayor producción)
15. Mejorar técnicas de obtención de recursos. (Taladros y tubos petroleros)
16. Crear productos y máquinas de mayor calidad y capacidad. (elaborar productos con materiales más resistentes)
17. Sistemas de poleas que funcionen mejor. (Levantar grandes pesos con más facilidad)
18. Proponer grupos de materiales que interactúen de mejor forma para diferentes trabajos. (Materiales que se desintegren ósea más flexibles dependiendo de la necesidad)
19. Cuando se mide el peso de un objeto en una báscula.
20. Cuando se utiliza una grúa para mover un automóvil, se le agrega una aceleración.
21. En el momento de la demolición de un edificio, se imprime una aceleración a la bola de demolición.
22. Una bola de nieve que va aumentando su tamaño al rodar cuesta abajo, adquiere más masa, y toma más aceleración, que se va uniendo al efecto de la gravedad que la atrae al punto más bajo.
23. En el deporte olímpico de lanzamiento de bala, se le aplica una fuerza a esta densa esfera metálica, para hacerla recorrer la mayor distancia posible.
24. En el levantamiento de pesas, cuando se hace el esfuerzo para llevar las pesas por encima de la cintura, se les aplica una aceleración instantánea.
25. En una banda transportadora, se le aplica una aceleración al producto desplazado para que llegue a su destino dentro del área de producción.
26. Cuando se desliza un tarro de cerveza sobre la barra, es porque se le ha aplicado una fuerza para hacerlo llegar hasta el cliente.
27. Los animales de carga se encargan de mover el peso de una carreta, dándole una aceleración para que vaya acercándose a su destino.

En conclusión, la Dinámica es la rama de la Mecánica Clásica dedicada al estudio de las causas que provocan el movimiento de los cuerpos, y a la evolución que sufre el estado de movimiento de dicho cuerpo. Es decir, que, a diferencia de la cinemática, la dinámica si nos responde la pregunta de ¿Porque este cuerpo se mueve? El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlo y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.