DINÁMICA I

En cinemática estudiamos los movimientos sin indagar cuáles son sus causas. En este
capítulo vamos a iniciar el estudio de la Dinámica, procurando contestar preguntas como:
¿Qué es lo que produce el movimiento? ¿Es necesario algo específico para que se conserve?
¿Cuáles son las variaciones observadas en un movimiento?
Hace aproximadamente tres siglos, el famoso físico y matemático inglés Isaac Newton
(1642- 1727) con base en sus observaciones y las de otros científicos, formuló tres
principios que son fundamentales para contestar tales preguntas y para la resolución de
otros problemas relacionados con los movimientos, y que reciben el nombre de “leyes del
movimiento”.
Estos principios constituyen los pilares de la Mecánica, y fueron enunciados en la famosa
obra de Newton titulada Principios Matemáticos de la Filosofía Natural.
Concepto de Fuerza
Cuando realizamos un esfuerzo muscular para empujar o levantar un objeto estamos
comunicando una fuerza; una locomotora ejerce una fuerza para arrastrar los vagones del
tren; un chorro de agua ejerce una fuerza para hacer funcionar una turbina, etc. Así todos
tenemos intuitivamente la idea de lo que es fuerza.
Analizando los ejemplos que acabamos de citar, es posible concluir que una fuerza queda
bien definida cuando especificamos magnitud, dirección y sentido. En otras palabras una
fuerza es una magnitud vectorial.
La unidad de medida de fuerza en el SI es el Newton (N)


Algunas Fuerzas Importantes
i) Fuerza Peso (P )
→
: Fuerza que se ejerce sobre un cuerpo material por efecto de la
atracción gravitacional de otro cuerpo (por lo común, la Tierra).
La fuerza Peso (o de atracción de la Tierra), así como las fuerzas eléctricas o fuerzas
magnéticas (por ejemplo, fuerza de un imán sobre un clavo) son ejercidas sin que haya
necesidad de contacto entre los cuerpos, a esto se le denomina acción a distancia. Con esto
se confirma, que todo cuerpo en presencia de gravedad, está sometido a una fuerza Peso.

ii) Fuerza Normal (N)
→
: es la fuerza que ejerce una superficie cualquiera sobre un cuerpo.
Siempre actúa perpendicular a la superficie.

iii) Tensión ( T )
→
: es la fuerza que ejerce una cuerda sobre un cuerpo.

Ejemplo:
1. Suponga que un tenista golpea con la raqueta una pelota de tenis, la cual sale
directamente hacia delante y paralela al suelo. Si no se toma en cuenta la resistencia
del aire, ¿cuál es el sentido de la fuerza neta que actúa sobre la pelota después que
deja la raqueta?
A) Directamente hacia delante.
B) Directamente hacia abajo.
C) Cero.
D) Hacia delante y un poco hacía abajo.
E) Hacia abajo y un poco hacia atrás.

iv) Fuerza de fricción:
Consideremos un bloque apoyado en una superficie horizontal. Si el cuerpo está en reposo,
las fuerzas que actúan sobre él tienen resultante nula, o sea, su peso es igual en magnitud
con la fuerza normal de la superficie (figura 5). Supongamos ahora que una
persona empuja o tira del bloque con una fuerza F (figura 6) y que el cuerpo continua en
reposo. Entonces la resultante de las fuerzas que actúan sobre el bloque sigue siendo nula.
Debe existir una fuerza que equilibre a F. Este equilibrio se debe a la acción ejercida por la
superficie sobre el bloque, que se denomina fuerza de fricción (o rozamiento) fr .
La fuerza de roce siempre se opone a la tendencia al movimiento de los cuerpos sobre una
superficie, y se debe, entre otras causas, a la existencia de pequeñas irregularidades en la
superficie de contacto.
Si aumentamos el valor de F y vemos que el bloque sigue en reposo, podemos concluir que
la fuerza de roce también se vuelve mayor al aumentar la intensidad de F. Esta fuerza de
roce que actúa sobre el bloque en reposo, se denomina fuerza de fricción estática (fe), la
cual es variable y siempre equilibra las fuerzas que tienden a poner en movimiento al
cuerpo.
Al aumentar continuamente el valor de F, llegará un límite para la fuerza de roce, después
de la cuál dejará de equilibrar al cuerpo. Esta fuerza corresponde al máximo valor que puede
alcanzar la fuerza de roce estático y para este caso se calcula como μc = coeficiente de roce cinético.
Nota: ⎢μc⎥ < ⎢μe⎥ por lo tanto ⎢fc⎥ < ⎢fe⎥, lo que implica que la intensidad de la fuerza de roce
disminuye cuando se inicia el movimiento.


Diagrama de Cuerpo Libre
Un diagrama de cuerpo libre consiste en mostrar todas las fuerzas que se ejercen sobre el
cuerpo, es decir, no se consideran las fuerzas internas del cuerpo ni las que el cuerpo ejerce
sobre otros. Antes de aplicar las leyes de Newton hay que tener claro el diagrama de cuerpo
libre.
Para mostrar este tipo de diagrama consideremos un cuerpo ubicado sobre una superficie
horizontal rugosa, el cual está siendo arrastrado mediante una cuerda tal como lo muestra la
figura A, en la figura B podemos ver el diagrama de cuerpo libre para esta situación, en ella
se indica la fuerza que la cuerda ejerce sobre el cuerpo (la tensión) las fuerzas que el piso
ejerce sobre el cuerpo (la normal y la fuerza de roce) por último la fuerza que la Tierra
ejerce sobre el cuerpo (el peso).