Leyes de conservación

Leyes de conservación

Las leyes de conservación pueden formularse en términos de teoremas que establecen bajo qué condiciones concretas una determinada magnitud "se conserva" (es decir, permanece constante en valor a lo largo del tiempo a medida que el sistema se mueve o cambia con el tiempo). Además de la ley de conservación de la energía las otras leyes de conservación importante toman la forma de teoremas vectoriales. Estos teoremas son:

1. El teorema de la cantidad de movimiento, que para un sistema de partículas puntuales requiere que las fuerzas de las partículas sólo dependan de la distancia entre ellas y estén dirigidas según la línea que las une. En mecánica de medios continuos y mecánica del sólido rígido pueden formularse teoremas vectoriales de conservación de cantidad de movimiento.

El teorema del momento cinético, establece que bajo condiciones similares al anterior teorema vectorial la suma de momentos de fuerza respecto a un eje es igual a la variación temporal del momento angular.

Cálculos en Dinámica

Cálculo en Dinámica

A través de los conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración es posible describir los movimientos de un cuerpo u objeto sin considerar cómo han sido producidos, disciplina que se conoce con el nombre de cinemática. Por el contrario, la dinámica es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas.

El cálculo dinámico se basa en el planteamiento de ecuaciones del movimiento y su integración. Para problemas extremadamente sencillos se usan las ecuaciones de la mecánica newtoniana directamente auxiliados de las leyes de conservación. La ecuación esencial de la dinámica es la segunda ley de Newton F=m*a donde F es la resultante de las fuerzas aplicadas, el m la masa y la a la aceleración.

Leyes de Newton

Leyes de Newton

Las leyes publicadas por Isaac Newton en 1687 Son tres principios que se utilizan para explicar la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relacionados con el movimiento de los cuerpos.

Primera Ley de Newton o principio de Inercia:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado.

Este principio establece que la materia es inerte, en tanto que por sí misma no puede modificar su estado de reposo o movimiento. Así, pues, constituye una definición de la fuerza como causa de las variaciones de velocidad de los cuerpos e introduce en física el concepto de sistema de referencia inercial.

Por lo demás, aunque la experiencia diaria parece contradecir la segunda parte del enunciado, que un cuerpo en movimiento se mantendrá así de forma indefinida a no ser que actúe sobre él alguna fuerza, la realidad es que los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas de fricción o rozamiento, que los van frenando progresivamente.

Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

La segunda ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza. En ese caso, la fuerza modificará el 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.

Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas.

Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción:

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas.

La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta. Este principio se aplica a toda clase de fuerzas y presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (con velocidad finita).

Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedecen por separado a la segunda ley.

Leyes de Newton (video explicativo)

La Dinámica

La Dinámica

La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación a las causas que provocan los cambios de estado físicoy/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 operacion

El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también la termodinámica y electrodinámica.

Bibliografía

Bibliografía

 

http://www.youtube.com/watch?v=OZDQHVd7QKY&feature=related

 

http://www.astromia.com/astronomia/fuerzasfundamentales.htm

 

http://www.lareserva.com/home/leyes_de_newton_dinamica_movimiento

           

http://www.slideshare.net/ritayantonio/fuerza-conceptos-fsicos?type=powerpoint

 

www.wikipedia.org

 

Microsoft ® Encarta ® 2009.

 

Libro “Física General Cuarta Edición”; Editorial Oxford.

Clases y Ejemplos de Fuerzas

Clases y Ejemplos de Fuerzas 

Hay dos clases o tipos de fuerzas, las que actúan por contacto y las que actúan a distancia.

Cuando el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo sobre el que esta se aplica, se trata de una fuerza ejercida por contacto.

Ejemplos de Fuerzas de Contacto:

• Darle una patada a un balón:

 

• Al tirar o empujar de un objeto:

 

• El chorro de agua que mueve las paletas de la turbina:

 

Cuando el cuerpo que ejerce la fuerza no está en contacto con el cuerpo sobre el que esta se aplica, se trata de una fuerza ejercida a distancia.

Ejemplos de Fuerzas a Distancia:

• La fuerza de la gravedad, que es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos:

 

• La fuerza de atracción magnética, que es la fuerza que ejerce un imán sobre cualquier objeto de hierro:

Unidades - Unidades de La Fuerza

Unidades de La Fuerza

Para medir cualquier cantidad física es necesario escoger una unidad de medida. En el caso de la fuerza, una unidad que se escogió convencionalmente es el peso de un cuerpo patrón (el kilogramo prototipo), que se denomina kilogramo fuerza (kgf): El kilogramo fuerza es el peso del kilogramo prototipo, al nivel del mar y a 45º de latitud.

Si colgamos pesos en el extremo de un resorte, podemos graduarlo para medir cualquier otra fuerza. Un resorte calibrado de esta manera recibe el nombre de dinamómetro.

Otra unidad muy utilizada actualmente en la ciencia para medir fuerzas, es el newton (N) nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton. Se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto cuya masa es de 1 kg.

1 Newton   =   1 Kilogramo Fuerza

Sistema de Unidades: 

El Kilogramo fuerza es muy útil en la técnica y en la vida cotidiana, pero no es la unidad de fuerza mas conveniente cuando se trata de emplear la segunda ley de Newton y al utilizar otras ecuaciones de la Física

Las unidades de medida de las diversas cantidades empeladas hasta hace algunos años, variaban mucho de un país a otro, dificultando así la comunicación, las transacciones comerciales y el intercambio científico y tecnológico entre las naciones. En su intento por obtener la unificación en el empleo de unidades, científicos y meteorólogos se reunieron en congresos, en los cuales se estructuro un nuevo  sistema de unidades, que abarco un nuevo conjunto de ellas para todas las ramas de la ciencia, y de la Física en particular. Este conjunto, llamado Sistema Internacional de Unidades (SI) se usa actualmente en casi todos los países del mundo.

Un sistema de unidades puede ser estructurado a partir de un pequeño numero de las mismas, escogidas arbitrariamente, denominadas unidades básicas o fundamentales. Las unidades del SI se pueden establecer como base únicamente en tres unidades fundamentales, habiendo sido escogidas las siguientes:

·        La unidad de longitud: Metro (m)

·        La unidad de masa: Kilogramo (kg)

·        La unidad de tiempo: Segundo (s)

Debido a esta elección, el sistema físico de unidades de la mecánica se llamó anteriormente Sistema MKS (metro, kilogramo, segundo).

Características - Fuerzas Fundamentales

Fuerzas Fundamentales

 

Fuerzas fundamentales o interacciones fundamentales son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas. Existen cuatro tipos de interacciones fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética y la interacción gravitatoria. Casi toda la historia de la física moderna se ha centrado en la unificación de estas interacciones, hasta ahora tanto la interacción débil y la electromagnética se han podido unificar en la interacción electrodébil. En cambio, la unificación de la fuerza fuerte con esta electrodébil es el motivo de toda la teoría de la gran unificación. Y finalmente, la teoría del todo involucraría esta interacción electronuclear con la gravedad.

Características - Historia

Historia

 

El concepto de fuerza fue descrito originalmente por Arquímedes, si bien únicamente en términos estáticos. Galileo Galilei (1564 - 1642) sería el primero en dar una definición dinámica del mismo, opuesta a la de Arquímedes. Se considera que el primero que formuló matemáticamente la moderna definición de fuerza fue Isaac Newton. Además, Isaac Newton postuló que las fuerzas gravitatorias variaban según la ley de la inversa del cuadrado.

Henry Cavendish fue el primero que logró medir experimentalmente (1798) la fuerza de la gravedad entre dos masas pequeñas, usando una balanza de torsión, gracias a lo cual pudo encontrarse el valor de la constante de la gravitación universal y, por tanto, pudo calcular la masa de la Tierra. Con el desarrollo de la electrodinámica cuántica a mediados del siglo XX se constató que "fuerza" era una magnitud puramente macroscópica, surgida de la conservación del momento para partículas elementales. Por esa razón las llamadas fuerzas fundamentales suelen denominarse "interacciones fundamentales".

Arquímedes y otros creyeron que el "estado natural" de los objetos materiales en la esfera terrestre era el reposo y que los cuerpos tendían, por sí mismos, hacia ese estado si no se actuaba sobre ellos de ningún modo. De acuerdo con Aristóteles la perseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente (algo que parece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas de fricción nos pasan desapercibidas). De hecho, la primera ley de Newton, que contradice la tesis de Arquímedes, y según la cual un objeto sobre el que no actúa ninguna fuerza permanece en movimiento inalterado, no resulta obvia para la mayoría de personas que la oyen por primera vez.

Características - Concepto de Fuerza

Concepto de Fuerza

            Cuando realizamos un esfuerzo muscular para empujar o tirar de un objeto, le estamos comunicando una fuerza; una locomotora ejerce una fuerza para arrastrar los vagones de un tren; un chorro de agua ejerce una fuerza para hacer funcionar una turbina, etc. Para que el efecto de una fuerza quede bien definido será necesario especificar su magnitud, su dirección y su sentido. En otras palabras, la fuerza es una magnitud vectorial y podrá, por tanto, ser representada con un vector.

La Fuerza (video explicativo)