Importancia de la Dinámica en Física, Leyes del Movimiento de Newton

Como ya sabemos y hemos visto en parciales anteriores la dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con los motivos o causas que provocan los cambios de estado físico o estado de movimiento. La dinámica suele aplicarse en los sistemas mecánicos; pero también puede verse presente en la termodinámica y la electrodinámica.

la dinámica es una parte fundamental de la mecánica, que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, su tipo de evolución a medida que pasa un tiempo dado, bajo la acción de una o más fuerzas. Aunque no lo analizamos de esta manera, con las palabras reposo y movimiento, te das cuenta de que la mecánica se presenta en la cotidianidad; así como la segunda ley de Newton que nos permite comprobar los resultados que una fuerza ejerce sobre distintas masas, además nos establece que cuando se aplica una fuerza a un objeto, este se acelera es decir es proporcionar a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve, esta ley de newton nosotros podemos observarlas y también aplicarla en nuestra vida cotidiana del día a día ya sea como patear una pelota, ya que al momento de nosotros pateamos una pelota nosotros estamos ejerciendo una fuerza en una dirección específica, además cuanto más fuertes patee la pelota más fuerte será la fuerza que nosotros estaremos aplicando en ella y es ahí donde la pelota llegara más lejos. O también cuando mamá va al supermercado ejerce una fuerza sobre el carrito de la compra para que este se mueva. No solo esta ley la podemos aplicar pateando un balón o al ir al supermercado, sino que también podemos aplicarla al empujar una mesa, al jugar golf y en muchos otros casos más.

En física clásica movimiento mecánico es el fenómeno físico que se define como todo cambio de posición en el espacio que experimentan los cuerpos de un sistema con respecto a ellos mismos o a otro cuerpo que se toma como referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria. La descripción y estudio del movimiento de un cuerpo exige determinar su posición en el espacio en función del tiempo. Para ello es necesario un sistema de referencia o referencial.

Dicho esto, te das cuenta de que la dinámica es muy importante en el ámbito de la física en General, y para este solo concepto, Newton formuló 3 leyes llamadas las leyes de la dinámica, aunque él los escribió como principios. Estas leyes son mejor conocidas como las leyes de Newton (el nombre de su creador), y son tres:

1. Ley de la inercia – “Ante la ausencia de fuerzas resultantes externas, un cuerpo continúa con su estado de movimiento”.
2. Ley fundamental de la dinámica – “El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”.
3. Ley de acción y reacción – “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”.

El profesor nos explicó por medio de las diapositivas que estas tres leyes de Newton se dan a la vez en el despegue de una nave espacial. La de acción y reacción al despegar (una fuerza se ejerce hacia abajo y empuja el cohete hacia arriba); la ley fundamental de la dinámica (porque la fuerza que se aplica debe ser analizada minuciosamente para que se dé el desplazamiento del cohete en línea recta y vertical, y que no se incline hacia los costados en el trayecto al espacio); y la ley de la inercia (Porque el movimiento en un cuerpo con tanta masa no se da sino hasta que se ejerza la fuerza precisa).

También nos explicó la segunda ley de newton por medio de unos carritos en clase para poder comprenderla mejor la cual podemos ver que esta ley es la más relacionada con la dinámica, pues incluso en su nombre lo lleva escrito. Básicamente, lo que la segunda ley de la dinámica nos dice, es que el valor de una fuerza que es superpuesta en un cuerpo puede averiguarse multiplicando la masa de ese cuerpo por la aceleración que provoca la fuerza en él. Y aunque no esté escrito de manera explícita, podemos deducir que mientras más masa, menos aceleración, y que mientras más fuerza sea aplicada, más aceleración existirá.

Pero no es tan simple como eso, pues ya se ha visto que hasta para un cuerpo que permanece estático o en reposo hay varias ecuaciones y problemas por resolver. Hallar el peso, hallar la normal… Y muchos más problemas habrá si el objeto en cuestión se encuentra sobre un plano inclinado. Seno, coseno, despejar los componentes de una fuerza en x y en y… Y todavía hay más problemas cuando ese cuerpo ya no se queda estático, sino que empieza a moverse, y el movimiento que realiza lleva una determinada aceleración de por medio.

Esta ley también nos ayuda a cuantificar el concepto de fuerza, además, podemos ver que es lo que ocurre si sobre un cuerpo que está en movimiento se aplica una fuerza bueno pues por lo aprendido de esta ley veremos que la fuerza modificara el estado de movimiento, cambiando la velocidad en modulo o dirección. Como ya debemos saber esta ley también es conocida como ley del movimiento y tiene como fórmula que F ¬¬= m * a. (la fuerza es igual a masa por aceleración) La letra ´´F´´ es la resultante de las fuerzas en este caso que esté actuando sobre un cuerpo, ´´m´´ representa la masa de dicho cuerpo, y la letra ´´a´´ la aceleración igualmente del cuerpo, esta fórmula nos representa el cambio estático de un cuerpo a movimiento cambiando su velocidad. la fuerza tiene mucho que ver con esta ley ya que FUERZA es una palabra que se le da a todo lo que ocasiona un movimiento en cualquier cuerpo, además tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales es decir esta tienen una dirección y un sentido, tenemos que tener muy claro y no olvidar que la unidad de fuerza (F) en el sistema internacional es el NEWTON y este lo representamos con la letra N, para masa (m) es KILOGRAMOS la cual la representamos en Kg y para la aceleración (a) es METROS POR SEGUNDO AL CUADRADO y este lo representamos en m/s2 la cantidad de movimiento nosotros la representamos con la letra P la cual define el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.

Es importante recalcar que la fuerza es un vector, es decir esta posee modulo, dirección y sentido.

Otro ejemplo que nos explicó el profesor de la aplicación de la segunda ley de newton es la máquina de Atwood. Una máquina de Atwood consiste en una polea simple con masas suspendidas a ambos lados unidas por un cable. Se trata de una versión simplificada de gran número de sistemas industriales en los cuales se utilizan contrapesos para equilibrar.

Entonces, tenemos que la fuerza es igual a la masa por la aceleración; y que, si terminábamos comprendiendo esto nos sería más fácil. Pero lo cierto es que la resolución de todos los problemas físicos requiere de una habilidad para organizar los datos que ya se nos han proporcionado y para aplicar las fórmulas de una manera consistente. Para ello, el profesor escribió unos cuantos pasos para lograr hacerlo.

Primero que nada, leer detenidamente el problema, cuantas veces sean necesarias con tal de comprenderlo. Luego se tiene que hacer un diagrama de cuerpo libre para cada objeto que vaya a ser estudiado. Después, hay que analizar este diagrama e identificar en qué sentido se desplazan los cuerpos, positivo o negativo. Luego pasamos a graficar las fuerzas interventoras, pero para ello hay que saber diferenciar primero entre la masa y el peso, pues de lo contrario nunca se va a llegar acabo nada. Graficamos la fuerza aplicada, el peso, la fuerza normal, la fuerza de rozamiento… Hecho esto, pasamos a las operaciones matemáticas. Obtenemos el valor de la masa total sumándolas, y el valor de la fuerza resultante o total multiplicando la masa total obtenida por la aceleración. Si tenemos, o no tenemos la posibilidad para hallar estos valores, pasamos a sustituir las cantidades conocidas e intentar, por lo menos, calcular las desconocidas.

Se puede ver la aplicación de la segunda ley de la dinámica en la caída libre de un cuerpo o en el péndulo simple, el cual provoca un movimiento circular, lo que quiere decir que habrá una fuerza centrípeta, para la cual tenemos que usar la fórmula de la denominada ley de la dinámica.

Lo que produce la rotación de un cuerpo es la fuerza centrípeta. Una fuerza centrípeta es una fuerza neta que actúa sobre un objeto para mantenerlo en movimiento a lo largo de una trayectoria circular. La fuerza de tensión sobre la cuerda de una pelota atada que da vueltas y la fuerza gravitacional que mantiene a un satélite en órbita, son ejemplos de fuerzas centrípetas, y apuntan hacia el centro de la trayectoria circular. Esta fuerza se da como consecuencia de otras fuerzas, como por ejemplo la fuerza gravitacional y la fuerza electromagnética. Todas estas fuerzas, la fuerza gravitacional, la fuerza eléctrica, la tensión o el rozamiento en todos estos casos son fuerzas centrípetas. La fuerza centrípeta es la responsable de dotar al cuerpo con aceleración normal. La fuerza centrípeta puede ser obtenida a través de los principios de Newton, con su segunda ley. Esta fuerza se llama fuerza centrípeta, y significa “fuerza que busca el centro”.

esta unidad se centraba en los problemas que tenían que ver con la segunda ley de newton, por lo que el profesor nos daba consejos para poder resolver de manera correcta estos problemas y así presentar algo que valiera la pena revisar. Básicamente, lo que nos dijo en esas instrucciones fue ser organizados con los datos que nos son proporcionados por el problema en cuestión y con lo que debemos averiguar, luego hace un diagrama de cuerpo libre para poder visualizar y tener constancia de todas las fuerzas que se han propuesto, y a partir de él determinar el sentido positivo o negativo del sistema, en el ámbito matemático sumar la masa de cada objeto (si es que en el sistema se deben analizar varios de ellos) para así poder sacar la masa total del sistema, y multiplicar esa masa total con la aceleración (si es que se tiene ese dato) para que dé como resultado la fuerza resultante que buscamos. Y si no tenemos el valor de alguna fuerza, calcularlo a la vez que se deben tener ubicados en las ecuaciones aquellas fuerzas de las cuales sí se sabe el valor, sea porque al problema ya lo ha dado o porque se lo ha averiguado siguiendo estos consejos. Estas instrucciones, pese a que nos son dadas para resolver problemas de la segunda ley de Newton, también pueden ser aplicados en problemas de inercia o primera ley de Newton.

Me parece que el profesor ha hecho bien en otorgarnos estos métodos de organización a la hora de resolver uno de estos problemas que estudian minuciosamente cada mínima cosa de la cotidianidad. Y también en recomendarnos que investiguemos o le preguntemos cuando no llegamos a comprender algo, nosotros en cualquier momento, aplicamos diferentes tipos de fuerza. El peso siempre lo ejercemos, y si ejercemos fuerza peso sobre el suelo, la superficie ejercerá también una fuerza sobre nosotros, la normal. También se ejerce una fuerza llamada rozamiento, en todas partes. El rozamiento es aquella fuerza que se opone al movimiento, y depende, de entre otras cosas, de la rugosidad de la superficie. La fuerza de rozamiento en la dinámica y en las leyes de la mecánica influye mucho, ya que si esta se acerca o llega a ser igual a la que produce el movimiento, podría provocar una aceleración negativa, en palabras más fáciles de entender, podría provocar que el objeto frenara.

Por ultimo para saber un poco más investigué sobre otras formas de aplicación de la segunda ley de Newton, que son la caída libre (como su nombre lo dice, dejar caer un objeto desde una distancia determinada, adquirirá la aceleración de la gravedad y por lo tanto seguirá los principios de la segunda ley de Newton); y el péndulo simple (el cual entendí que era, básicamente, un movimiento de trayectoria circular, cuya fuerza centrípeta es representada por un hilo de masa y longitud despreciable).