Conceptos de: dinámica, fuerza y tipos de ella masa y tipo de los cuerpos.
Concepto de dinámica. la dinámica es la parte de la mecánica que se
encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos y las causas que lo originan.
Concepto de fuerza
Reflexiona acerca de
las siguientes situaciones:
¿Qué mueve a un barco
de vela que navega por el mar?
¿Cómo logra una grúa
mover y remolcar un coche descompuesto para llevarlo al taller mecánico?
¿Qué tiene que hacer
un jugador de futbol para tratar de meter con el pie una pelota en la portería
del equipo contrario?
¿Qué ocasiona la caída
de una manzana desde la rama de un árbol?
Como sabemos, el barco
navega en virtud de la fuerza de el aire ejerce sobre la vela;
el coche descompuesto
es remolcado gracias a que es jalado por una fuerza que recibe de la grúa;
la pelota se mueve y
puede entrar en la portería debido a que con el pie recibe una fuerza al ser
pateada; la manzana cae al
suelo por la fuerza gravitacional con que es atraída por la Tierra.
En los tres primeros casos existe un contacto físico entre el objeto que ejerce la fuerza y el que la recibe; por eso reciben el nombre de fuerzas de contacto.
En el caso de la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre la manzana, los dos objetos interactúan sin que exista contacto entre ellos; este tipo de fuerzas recibe el nombre de fuerzas de acción a distancia.
El termino de fuerza lo empleamos para expresar que:
un avión se mueve
por la fuerza producida por las turbinas;
las nubes y los
árboles se mueven por la fuerza del viento
Se le reconoce como la
causa de que un cuerpo cambie su estado de movimiento al proporcionarle una
aceleración.
Lo que ocurre a un objeto cuando sobre él actúa una fuerza, depende
de la magnitud y la dirección de la fuerza.
La fuerza es una cantidad vectorial y la denotamos con una flecha dirigida, tal como lo hacemos con la velocidad y la aceleración. La unidad que se emplea para expresar su magnitud en el SI es el Newton(N) en honor del científico que estudió sus efectos en el movimiento de los cuerpos.
El dinamómetro es un instrumento que se emplea para medir la magnitud de las fuerzas. Puede estar graduado en Newtons o kilogramos fuerza.
Clasificación de las
fuerzas fundamentales de la naturaleza
Las fuerzas fundamentales pueden
clasificarse según su origen y características en cuatro grupos:
l. Fuerzas gravitacionales, se producen debido a
las fuerzas mutuas de atracción que se manifiestan entre dos objetos
cualesquiera del universo y cuya causa está en función de la masa de los
objetos y de la distancia existente entre ellos. A estas fuerzas se debe que
los planetas mantengan sus órbitas elípticas, el peso de los objetos y que todo
objeto suspendido caiga a la superficie al cesar la fuerza que lo sostiene.
Mientras mayor masa tenga el objeto, mayor será la fuerza gravitacional con la
cual atraerá a los demás objetos.
2. Fuerzas electromagnéticas. Son las fuerzas que mantienen unidos a los átomos y moléculas de cualquier sustancia, su origen se debe a las cargas eléctricas.
Cuando las cargas eléctricas se encuentran en reposo entre ellas se ejercen fuerzas electrostáticas, y cuando están en movimiento se producen fuerzas electromagnéticas.
3. Fuerzas nucleares. Son las encargadas de mantener unidas a las partículas del núcleo atómico
4. Fuerzas débiles. Se caracterizan por provocar inestabilidad en determinados núcleos atómicos. Fueron detectadas en sustancias radiactivas naturales y posteriormente, los científicos comprobaron que son determinantes en casi todas las reacciones de decaimiento radiactivo.
Tipos de fuerza: de contacto y a distancia
Fuerzas llamadas a
distancia. Porque los objetos
interactúan aun cuando no estén en contacto; tal es el caso de la atracción
gravitacional de la tierra sobre la Luna.
Fuerzas de contacto. Es cuando el objeto que ejerce una fuerza toca
al que Ia recibe, tal es el caso de empujar con nuestro cuerpo una mesa o un
librero, patear un balón. Ejemplos:
a) La fuerza muscular desarrollada por un hombre o un animal para poner un cuerpo en movimiento, impedirlo o modificarlo; la aplicación de una fuerza muscular puede deformar un cuerpo, por ejemplo, una lámina o un resorte.
b) La fuerza elástica resultante de la deformación de un cuerpo elástico, por ejemplo, las gomas de una honda.
c) La fuerza por empuje, ejercida por un gas comprimido, el aire o el agua en movimiento (sobre las velas de un
bote, sobre los álabes
de una turbina hidráulica, etc.).
d) La fuerza por frotamiento que se produce al oprimir un cuerpo sobre otro en movimiento, por ejemplo, al accionar el freno sobre las ruedas de un vehículo en marcha.
Masa y peso de los objetos
La masa de un objeto
representa la cantidad de materia contenida en dicho objeto, y no debe
confundirse con su peso el cual representa Ia acción de la fuerza gravitacional
sobre Ia masa del objeto. En un punto determinado del espacio puede no existir
una fuerza gravitacional sobre un objeto y, por tanto carecerá de peso, pero no
de masa, pues sigue conservando la
misma cantidad de materia.
La fuerza peso
Cada partícula de un cuerpo es atraída por la
Tierra con una fuerza igual al peso de esa partícula. El sentido de cada una de
esas fuerzas está dirigido hacia el centro de la Tierra y se las considera
paralelas entre sí. De tal manera, se considera a la fuerza Peso del cuerpo
como la resultante de todas esas fuerzas paralelas.
El peso de un cuerpo no es otra cosa que la fuerza de atracción gravitacional que ejerce la tierra sobre los cuerpos que están a su alrededor. El peso es muy diferente a la masa, ya que esta sólo es una medida de la cantidad de materiales que posee un cuerpo. Es interesante el hecho de que el peso de un cuerpo puede obtenerse al multiplicar la masa por la gravedad terrestre. ( P = m•g )
Fuerzas de fricción estática y dinámica o cinética.
Siempre que se quiere desplazar un objeto que está
en contacto con otro, se presenta una fuerza llamada fricción que se opone a su
deslizamiento. La fuerza de rozamiento sobre un objeto es opuesta a su
movimiento, o movimiento inminente, respecto de la superficie.
Fuerza de fricción o de rozamiento (Fr). Es la fuerza de fricción Fr entre dos cuerpos puestos en contacto cuando uno se mueve respecto al otro y sobre cada uno de ellos, aparece una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento.
El valor de la fuerza de rozamiento depende de:
a) tipo de superficies en contacto
(ej. madera, metal, plástico/granito, etc.),
b) del estado de las superficies,
que pueden ser pulidas, rugosas, etc. (ej. madera compacta finamente lijada,
acero inoxidable) y
c) de la fuerza de contacto entre
ellas.
Experimentalmente se observa que el valor de esta fuerza es proporcional a la fuerza normal que un cuerpo ejerce sobre el otro, y a la constante de proporcionalidad la cual se llama coeficiente de rozamiento (μ) y sólo depende del tipo de superficies.
Como vemos en la figura la fuerza F aplicada sobre el bloque aumenta gradualmente; pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento estático Fr.
Experimentalmente se observa que
cuesta más iniciar el movimiento relativo entre dos cuerpos que mantener dicho
movimiento una vez iniciado. Esto da lugar a que hablemos de dos tipos de
coeficientes de rozamiento:
Coeficiente de rozamiento estático (μe): al multiplicarlo por la normal nos da el valor máximo de la fuerza de rozamiento. Es necesario que la fuerza aplicada supere este valor para iniciar el movimiento relativo entre dos cuerpos que inicialmentese encuentran en reposo. Femáx= μeFN
Coeficiente de rozamiento dinámico o cinético (μc): al multiplicarlo por la normal nos da el valor de la fuerza de rozamiento cuando los cuerpos ya se encuentran en movimiento relativo. Fc= μcFN
La fuerza de fricción, se manifiesta prácticamente en todo momento en nuestra vida diaria, sus ventajas y desventajas son:
Ventajas: el poder caminar, el escribir, sostener
objetos con la mano, lavar pisos, paredes o ropa, pulir metales, los meteoritos
que penetran en nuestra atmósfera se detiene por el calor producido al rozar el
aire.
Desventajas: el desgaste de la ropa, zapatos,
neumáticos, piezas metálicas, pisos, alfombras.
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