lunes, 9 de mayo de 2011

LA FUERZA

QUE ES LA FUERZA

la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

FORMULAS Y UNIDADES DE LA FUERZA

Su fórmula es F=M*a (Fuerza=Masa x Aceleración). Unidades de la Fuerza:
-Sistema Internacional de Unidades (SI)
*Newton
-Sistema Técnico de Unidades
*Kilogramo fuerza o Kilopondio (Kgf)
*Gramo fuerza (gf)
-Sistema Cegesimal de Unidades
*Dina
-Sistema Anglosajón de Unidades
*Poundal
*KIP
*Libra fuerza (lbf)
Peso:Es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo. Su fórmula es M*G (Masa x Gravedad).
Unidades del Peso: Las magnitudes físicas se expresan en unidades del sistema internacional de unidades (SI), en la mayoría de los trabajos científicos modernos. El peso se mide con la unidad de fuerza del SI, que es el newton (N). También se suele indicar el peso en unidades de fuerza de otros sistemas, como: kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etcétera.
El kilogramo fuerza no es una unidad del SI; es definido como la fuerza ejercida a un kilogramo de masa con una intensidad de gravedad estándar. La dina es la unidad CGS de fuerza y tampoco es parte del SI. Algunas unidades inglesas, como la libra, pueden ser de fuerza o de masa. Las unidades relacionadas, como el slug, forman parte de sub-sistemas de unidades.
PRINCIPIOS DE LA DINÁMICA

Los principios de la dinámica o Leyes de Newton son los axiomas por los que se rigen las partículas y sistemas en la dinámica clásica. Fueron enunciados por Newton, basándose en los trabajos de Galileo, en sus Principia Mathematica.
Una versión de estos principios, enunciada de forma moderna, es la siguiente, donde encabezamos cada principio con el nombre con el que se lo conoce habitualmente:

2 Primer principio: Principio de inercia

El primer principio de la dinámica, también conocido como Primera Ley de Newton puede formularse como
Toda partícula libre de interacciones permanece en reposo o en estado de movimiento rectilíneo y uniforme.
Normalmente se formula usando “fuerzas” en lugar de “interacciones” pero puesto que ello requiere el haber definido previamente el concepto de fuerza, es preferible enunciarlo de una manera más genérica.
Este principio fue enunciado inicialmente por Galileo.
Lo que nos dice esta ley es que el espacio es euclídeo ya que las trayectorias de las partículas libres son rectas y no circunferencias (como ocurriría en la superficie de una esfera). El primer principio permite definir sistemas de referencia ortogonales que se extienden indefinidamente en el espacio y en el tiempo.
El primer principio de la dinámica nos permite definir los sistemas de referencia inerciales como aquellos en que una partícula libre sigue un movimiento rectilíneo y uniforme.
El principio de inercia se ve modificado en la teoría general de la relatividad, que corrige y generaliza las leyes de Newton. En su versión más general, una partícula libre no sigue necesariamente un movimiento rectilíneo y uniforme, sino que se desplza siguiendo una geodésica. En el marco de la relatividad general, el principio de inercia no es un postulado separado, sino que es una consecuencia del segundo principio.

3 Segundo principio: Segunda Ley de Newton

El segundo principio de la dinámica requiere previamente la definición de la cantidad de movimiento \mathbf{p} de una partícula, como

\mathbf{p}=m\mathbf{v}
de manera que la ley se enuncia
La derivada de la cantidad de movimiento de una partícula es igual a la resultante de las fuerzas aplicadas sobre ella.
En forma matemática

\frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t}=\dot{\mathbf{p}} = \sum_i \mathbf{F}_i
En la mayoría de las ocasiones, la masa de una partícula es una constante por lo que la derivada de la cantidad de movimiento es igual a

\frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t} = \overbrace{\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}t}}^{=0}\mathbf{v}+m\frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t} = m \mathbf{a}
de donde llegamos a la forma habitual de expresar la segunda ley de Newton

\mathbf{F}=m\mathbf{a}\,
con \mathbf{F} la resultante de las fuerzas aplicadas sobre la partícula.
Esta ley requiere el conocimiento de las fuerzas aplicadas, como un dato del problema. Estas fuerzas deben ser obtenidas independientemente para que la ley tenga verdadero significado. Por ello, precisamos de algún modelo físico que nos proporcione la expresión de la fuerza. Entre estos modelos se encuentran:
  • La ley de Hooke, para el oscilador armónico

\mathbf{F}=-k\mathbf{r}\,

  • La ley de la gravitación universal, para el movimiento de una masa en el campo gravitatorio de otra

\mathbf{F}=-G\frac{m_1m_2(\mathbf{r}_2-\mathbf{r}_1)}{|\mathbf{r}_2-\mathbf{r}_1|^3}

Esta ley contiene al caso particular e importante del movimiento de una masa pequeña en las proximidades de la superficie terrestre

\mathbf{F}=m\mathbf{g}\,

  • La ley de Lorentz, para el movimiento de una partícula en un campo electromagnético

\mathbf{F}=q\left(\mathbf{E}+\mathbf{v}\times\mathbf{B}\right)\,

Un caso particular de esta ley es la ley de Coulomb, para la fuerza producida por una carga en reposo

\mathbf{F}=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{q_1q_2(\mathbf{r}_2-\mathbf{r}_1)}{|\mathbf{r}_2-\mathbf{r}_1|^3}
Una característica común a todas estas leyes de fuerza es que proporcionan una fuerza dependiente de la posición y de la velocidad instantáneas de la partícula. Por ello, matemáticamente, la segunda ley de Newton proporciona la ecuación de movimiento como una ecuación diferencial

\ddot{\mathbf{r}}=\frac{1}{m}\mathbf{F}(\mathbf{r},\dot{\mathbf{r}},t)
La solución de esta ecuación diferencial, por métodos analíticos y numéricos, nos permite determinar la posición ulterior de una partícula, conocidas su posición y velocidades iniciales.

4 Tercer principio: ley de acción y reacción

Los dos primeros principios de la dinámica nos dicen cómo se comportan las partículas en ausencia de fuerzas o sometidas a una fuerza conocida. El tercer principio de la dinámica establece una propiedad básica de esas fuerzas de interacción entre partículas:
Si una partícula A ejerce en un instante dado una fuerza sobre una partícula B, la partícula B ejerce sobre A una fuerza igual y de sentido contrario.
Matemáticamente

\mathbf{F}_{A\to B} = -\mathbf{F}_{B\to A}
Hay que destacar que estas dos fuerzas no se anulan mutuamente, ya que se ejercen sobre partículas distintas. Sólo en el caso de que se encuentren rígidamente unidas se cancelarán sus efectos.
La tercera ley de Newton puede formularse en dos versiones. La versión débil es la enunciada más arriba, donde solo indica que las fuerzas son iguales y opuestas. La versión fuerte es más restrictiva e informativa:
Si una partícula A ejerce en un instante dado una fuerza sobre una partícula B, la partícula B ejerce sobre A una fuerza igual y de sentido contrario y ambas fuerzas actúan sobre la recta que pasa por las dos partículas
Matemáticamente

\mathbf{F}_{A\to B} = -\mathbf{F}_{B\to A}        y        \mathbf{F}_{A\to B}\times(\mathbf{r}_B-\mathbf{r}_A)=\mathbf{0}
Este requisito adicional establece que las fuerzas de interacción son centrales lo que tiene importantes consecuencias en la ley de conservación del momento cinético de un sistema de partículas.
No todas las fuerzas de la naturaleza cumplen la tercera ley de Newton. Las que sí lo hacen se denominan fuerzas newtonianas. Entre las fuerzas newtonianas se encuentran los ejemplos importantes de la ley de la gravitación universal, la ley de Hooke y la ley de Coulomb, por lo que las consecuencias del principio de acción y reacción se aplican a la mayoría de los casos prácticos.

¿QUE ES EL PESO?

el peso de un cuerpo se define como un vector que tiene magnitud y dirección, que apunta aproximadamente hacia el centro de la Tierra. El vector Peso es la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad.

La situación más corriente, es la del peso de los cuerpos en las proximidades de la superficie de un planeta como la Tierra, o de un satélite. El peso de un cuerpo depende de la intensidad del campo gravitatorio y de la masa del cuerpo. En el Sistema Internacional de Magnitudes se establece que el peso, cuando el sistema de referencia es la Tierra, comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino también la fuerza centrífuga

local debida a la rotación; por el contrario, el empuje atmosférico no se incluye.[1]
En las proximidades de la Tierra, todos los objetos materiales son atraídos por el campo gravitatorio terrestre, estando sometidos a una fuerza (peso en el caso de que estén sobre un punto de apoyo) que les imprime un movimiento acelerado, a menos que otras fuerzas actúen sobre el cuerpo.

DIFERENCIA ENTRE MASA Y PESO

La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, ...

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza,

EL MOVIMIENTO

DIFERENCIA DE TRAYECTORIA, DISTANCIA Y DESPLAZAMIENTO.

Recibe el nombre de camino o de trayectoria la línea que une las diferentes posiciones que ocupa un punto en el espacio, a medida que pasa el tiempo.

La distancia recorrida por un móvil es una magnitud escalar, ya que solo interesa saber cual fue la magnitud de La longitud recorrida durante su trayectoria seguida sin importar en que dirección lo hizo.

El desplazamiento de un móvil es una magnitud vectorial pues corresponde a una distancia medida en una dirección particular entre dos puntos: el de partida y el de llegada.

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME

Un Movimiento es rectilíneo cuando el móvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula. Nos referimos a él mediante el acrónimo MRU.

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

el movimiento circular uniforme describe el movimiento de un cuerpo atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular.
Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia implica la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME ACELERADO

El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), también conocido como movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV), es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.
Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de caída libre vertical, en el cual la aceleración interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la gravedad.
También puede definirse el movimiento como el que realiza una partícula que partiendo del reposo es acelerada por una fuerza constante

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME DESACELERADO

En los movimientos uniformemente decelerados o retardados la velocidad disminuye con el tiempo a ritmo constante. Están, pues, dotados de una aceleración que aunque negativa es constante. De ahí que todas las fórmulas cinemáticas deducidas para los movimientos uniformemente acelerados sirvan para describir los movimientos uniformemente retardados sin más que considerar a con su signo, que es, en este caso, negativo