Movimiento Mecánico, Un cambio
fundamental Ensayo
La física investiga sistemas y cambios fundamentales, que están en la base de
otros más complejos estudiados por diversas ramas de la ciencia y la
tecnología. En este capítulo centraremos la atención en uno de los cambios más
habituales para los seres humanos, el cual, además, es parte inseparable de
otros cambios.
Nos referimos al movimiento mecánico o, simplemente, movimiento. Se mueven los
seres humanos, los animales e infinidad de partes de ellos; el agua de ríos y mares;
el aire al formar vientos; los medios de transporte; las partes de los
mecanismos; la Tierra; cuerpos celestes como planetas, estre- llas y galaxias;
las moléculas y los átomos.
La importancia del estudio del movimiento mecánico está determinada no sólo por
su presencia en casi todo lo que nos rodea, y sus innumerables aplicaciones
prácticas, sino también por el hecho de que ha contribuido a responder
preguntas cruciales sobre el universo y el lugar que en él ocupa el hombre: sEs
la Tierra el centro del universo? sTienen igual naturaleza los movimientos en
la Tierra y en el cielo? sCuál es la edad del universo?
El movimiento mecánico fue el primero de los cambios examinados por la física
en profundidad. A través de su estudio, se desarrollaron importantes conceptos,
métodos e instrumentos de la ciencia. También se desarrollaron conceptos claves
de las matemáticas. Entre loscientíficos que estudiaron el movimiento mecánico
sobresalen Galileo Galilei e Isaac Newton.
Conceptos y Tipos de Movimiento
A diferencia de la vida cotidiana, en la ciencia , los conceptos y términos
empleados se intentan definir con la mayor precisión posible. Comenzare- mos,
pues, caracterizando el concepto de movimiento mecánico. Para distin- guirlo de
otros cambios, debemos precisar, ante todo, qué es lo que cambia.
En el movimiento mecánico cambian la posición del cuerpo como un todo o las
posiciones de sus partes. Cuando una persona camina o corre pueden apreciarse
con claridad ambas cosas.
Todos los días vemos cómo el Sol cambia de posición en el cielo, sale por una
dirección próxima al este y se pone por otra próxima al oeste. Sin embargo, con
frecuencia leemos o escuchamos que la Tierra, y el resto de los planetas, se
mueven alrededor de él. sCuál de los cuerpos está realmente en movimiento, el
Sol o la Tierra? Situaciones como esta indican que se requiere profundizar en
la caracterización que hemos dado del movimiento.
Resulta que todo cuerpo puede estar al mismo tiempo en reposo y en movimiento.
Analicemos, por ejemplo, el caso de un pasajero sentado en un tren en marcha.
En relación con el tren, el pasajero está en reposo; en cambio, en relación con
un cuerpo sobre la Tierra –digamos un árbol– el pasajero está en movimiento.
Debemos añadir algo más: es tan correcto afirmar que el pasajero está en
movimiento con relación al árbol, como a la inversa, que el árbol está
enmovimiento respecto al pasajero. Reflexiones como estas llaman la atención
sobre el carácter relativo del reposo y del movimiento .
Ahora podemos complementar la caracterización realizada anterior- mente:
movimiento mecánico es el cambio de posición de los cuerpos, o de sus partes,
en relación con otro cuerpo.
Los movimientos pueden estar relacionados con la deformación de los cuerpos, o
no. Aquellos en que el cuerpo no se deforma, son de dos tipos fundamentales:
uno, denominado traslación, en que todos sus puntos se mueven de igual modo
(describen igual trayectoria, tienen igual veloci- dad), y otro, denominado
rotación, en que sus puntos describen circunfe- rencias de distintos radios y
se mueven con diferente velocidad.
Conceptos
Movimiento: En mecánica, el movimiento es un cambio físico que se define como
todo cambio de posición en el espacio.
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.
Cuerpo rígido: Un cuerpo rígido se define como aquel que no sufre deformaciones
por efecto de fuerzas externas, es decir un sistema de partículas cuyas
posiciones relativas no cambian. Un cuerpo rígido es una idealización, que se
emplea para efectos de estudios de Cinemática, ya que esta rama de la Mecánica,
únicamente estudia los objetos y no las fuerzas exteriores que actúan sobre de
ellos.Un cuerpo rígido que pueda girarlibremente alrededor de un eje horizontal
que no pase por su centro de masas oscilará cuando se desplace de su posición
de equilibrio. Este sistema recibe el nombre de péndulo físico. Para más
información sobre este
Partícula: En química, el término especie química se usa comúnmente para
referirse de forma genérica a átomos, moléculas, iones, radicales, etc. que
sean el objeto de consideración o estudio.1
Generalmente, una especie química puede definirse como un conjunto de entidades
moleculares químicamente idénticas que pueden explorar el mismo conjunto de
niveles de energía molecular en una escala de tiempo característica o definida.
El término puede aplicarse igualmente a un conjunto de unidades estructurales
atómicas o moleculares químicamente idénticas en una disposición sólida.
Sistema: Un sistema (del latín systA“ma, proveniente del griego σÏστημα)
es un objeto compuesto cuyos componentes se relacionan con al menos algún otro
componente; puede ser material o conceptual.1 Todos los sistemas tienen
composición, estructura y entorno, pero sólo los sistemas materiales tienen
mecanismo, y sólo algunos sistemas materiales tienen figura (forma). Según el
sistemismo, todos los objetos son sistemas o componentes de otro sistema.2 Por
ejemplo, un núcleo atómico es un sistema material físico compuesto de protones
y neutrones relacionados por la interacción nuclear fuerte; una molécula es un
sistema material químico compuesto de átomos relacionados por enlaces químicos;
una célula es unsistema material biológico compuesto de orgánulos relacionados
por enlaces químicos no-covalentes y rutas metabólicas; una corteza cerebral es
un sistema material psicológico (mental) compuesto de neuronas relacionadas por
potenciales de acción y neurotransmisores; un ejército es un sistema material
social y parcialmente artificial compuesto de personas y artefactos
relacionados por el mando, el abastecimiento, la comunicación y la guerra; el
anillo de los números enteros es un sistema conceptual algebraico compuesto de
números positivos, negativos y el cero relacionados por la suma y la
multiplicación; y una teoría científica es un sistema conceptual lógico
compuesto de hipótesis, definiciones y teoremas relacionados por la
correferencia y la deducción (implicación).
Sistema de referencia: Un sistema de referencia o marco de referencia es un
conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición
y otras magnitudes físicas de un sistema físico. Las trayectorias medidas y el
valor numérico de muchas magnitudes son relativas al sistema de referencia que
se considere, por esa razón, se dice que el movimiento es relativo. Sin
embargo, aunque los valores numéricos de las magnitudes pueden diferir de un sistema
a otro, siempre están relacionados por relaciones matemáticas tales que
permiten a un observador predecir los valores obtenidos por otro observador.
En mecánica clásica frecuentemente se usa el término para referirse a un
sistema de coordenadas ortogonales para el espacioeuclídeo (dados dos sistemas
de coordenadas de ese tipo, existe un giro y una traslación que relacionan las
medidas de esos dos sistemas de coordenadas).
En mecánica relativista se refiere usualmente al conjunto de coordenadas
espacio-temporales que permiten identificar cada punto del espacio físico de
interés y el orden cronológico de sucesos en cualquier evento, más formalmente
un sistema de referencia en relatividad se puede definir a partir de cuatro
vectores ortonormales (uno temporal y tres espaciales).
Medios para describir el movimiento:
Habitualmente describimos los cambios, en particular los movimien- tos, por
medio de palabras. Pero para conservar y comunicar información detallada sobre
ellos, en la ciencia se emplean otros medios más sintéticos y rigurosos que las
palabras: las tablas de datos, las ecuaciones y las gráfi- cas (fig 2.2). En
este epígrafe examinaremos cada uno de ellos. Limitare- mos nuestro análisis a
movimientos simples, de traslación.
Vector posición: En mecánica clásica, debido al carácter euclídeo del espacio,
la posición de una partícula se representa mediante el vector de posición o
radio vector, usualmente simbolizado con la letra o mediante las coordenadas
del punto geométrico del espacio en el que se encuentra la partícula.
La diferencia del vector posición entre dos posiciones distintas recibe el
nombre de vector desplazamiento y se le designa por (desplazamiento finito) o
por (desplazamiento infinitesimal).
Vector desplazamiento: Enmecánica, el desplazamiento es el vector que define lo
que es la posición de un punto o partícula en relación a un origen A con
respecto a una posición B. El vector se extiende desde el punto de referencia y
se puede hasta la posición final. Cuando se habla del desplazamiento de un
cuerpo en el espacio solo importa la posición inicial del cuerpo y la posición
final, ya que la trayectoria que describe el cuerpo no es de importancia si se
quiere hallar su desplazamiento. Esto puede observarse cuando un jugador de
fútbol parte de un punto de la cancha y le da una vuelta entera para terminar
en la misma posición inicial; para la física allí no hay desplazamiento porque
su posición inicial es igual a la final.
Tipos de Movimiento
El fenómeno físico que implique un cambio de posición respecto del tiempo de
algún cuerpo se lo conoce bajo el nombre de movimiento.
Tomando en cuenta la trayectoria, que es la forma que adquiere el recorrido del
objeto en movimiento, encontramos los siguientes:
1. Movimiento rectilíneo uniforme: en este tipo de movimiento el cambio de
posición de un determinado cuerpo se desplaza en una línea recta. Su
uniformidad se da porque en su avance o retroceso se mueve exactamente la misma
distancia en cada unidad de tiempo, es decir, a una velocidad constante. Esto
significa que su aceleración es nula, lo que lo hace difícil de hallar en la
naturaleza. Un ejemplo de movimiento rectilíneo uniforme es la luz.
Movimiento rectilíneo uniforme acelerado: en este, en cambio, laaceleración no
es nula sino uniforme. Esto hace que su velocidad no sea constante sino
uniforme, aumentando y disminuyendo la misma velocidad en cada unidad de
tiempo, por lo que se habla de una aceleración constante.
El desplazamiento de este movimiento, al igual que el anterior, es de manera
recta. Un ejemplo de este movimiento es la caída libre vertical.
2. Movimiento circular uniforme: en este la trayectoria del cuerpo tiene la
forma de una circunferencia. Este movimiento se realiza a una velocidad
constante, es decir que da el mismo número de vueltas en cada unidad de tiempo.
Mientras que, la aceleración es nula. Un ejemplo de este movimiento es el de la
Tierra, que da una vuelta alrededor del Sol cada 365 días.
3. Movimiento circular uniforme acelerado: en este movimiento, cuya trayectoria
también es circular, la aceleración es constante, y su velocidad uniforme.
Movimiento pendular: en este movimiento, el cuerpo pende de una soga que
oscila, de manera periódica, ya que se repiten constantemente sus variables en
cada unidad de tiempo. El ejemplo más claro es el péndulo del reloj.
Velocidad
La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la
distancia recorrida por un objeto por unidad de tiempo. Se representa por o .
Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s.
En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben
considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, el cual sedenomina
celeridad o rapidez.1
De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por
unidad de tiempo, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por
unidad de tiempo.
La 'velocidad media' o velocidad promedio es la velocidad en un intervalo de
tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) entre el tiempo
(Δt) empleado en efectuarlo:
Esta es la definición de la velocidad media entendida como vector (ya que es el
resultado de dividir un vector entre un escalar).
Por otra parte, si se considera la distancia recorrida sobre la trayectoria en
un intervalo de tiempo dado, tenemos la velocidad media sobre la trayectoria o
rapidez media, la cual es una cantidad escalar. La expresión anterior se
escribe en la forma:
La velocidad media sobre la trayectoria también se suele denominar «velocidad
media numérica» aunque esta última forma de llamarla no está exenta de
ambigüedades.
El módulo de la velocidad media (entendida como vector), en general, es
diferente al valor de la velocidad media sobre la trayectoria. Solo serán
iguales si la trayectoria es rectilínea y si el móvil solo avanza (en uno u
otro sentido) sin retroceder. Por ejemplo, si un objeto recorre una distancia
de 10 metros en un lapso de 3 segundos, el módulo de su velocidad media sobre
la trayectoria es:
Rapidez
La rapidez o celeridad promedio es la relación entre la distancia recorrida y
el tiempo empleado en completarla. Su magnitud se designa como v. Laceleridad
es una magnitud escalar con dimensiones de [L]/[T]. La rapidez se mide en las
mismas unidades que la velocidad, pero no tiene el carácter vectorial de ésta.
La celeridad instantánea representa justamente el módulo de la velocidad
instantánea.
Aunque los términos de celeridad o rapidez son apropiados cuando deseamos
referirnos inequívocamente al módulo de la velocidad, es correcto y de uso
corriente (no sólo en el uso popular, sino también en el científico y técnico)
utilizar los términos 'velocidad', 'celeridad' y
'rapidez' como sinónimos. Esto es así para la totalidad de las
magnitudes vectoriales (aceleración, fuerza, momento, cantidad de movimiento,
etc.) a cuyos módulos no se les asigna nombres especiales.
Ejemplo
Si un móvil recorre una distancia de 20 cm en 4 s, su rapidez es:
Aceleración
En física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de
velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial
newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por . Sus dimensiones
son . Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s2.
En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración
del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mínimo (segunda ley
de Newton):
De conformidad con la mecánica newtoniana, una partícula no puede seguir una
trayectoria curva a menos que sobre ella actúe una cierta aceleración como
consecuencia de la acción de una fuerza, ya que si ésta no existiese,su
movimiento sería rectilíneo. Asimismo, una partícula en movimiento rectilíneo
solo puede cambiar su velocidad bajo la acción de una aceleración en la misma
dirección de su velocidad (dirigida en el mismo sentido si acelera; o en
sentido contrario si desacelera).
Algunos ejemplos del concepto de aceleración serían:
4. La llamada aceleración de la gravedad en la Tierra es la aceleración que
produce la fuerza gravitatoria terrestre; su valor en la superficie de la
Tierra es, aproximadamente, de 9,8 m/s2. Esto quiere decir que si se dejara
caer libremente un objeto, aumentaría su velocidad de caída a razón de 9,8 m/s
por cada segundo (siempre que omitamos la resistencia aerodinámica del aire).
El objeto caería, por tanto, cada vez más rápido, respondiendo dicha velocidad
a la ecuación:
Una maniobra de frenada de un vehículo, que se correspondería con una
aceleración de signo negativo, o desaceleración, al oponerse a la velocidad que
ya tenía el vehículo. Si el vehículo adquiriese más velocidad, a dicho efecto
se le llamaría aceleración y, en este caso, sería de signo positivo.
Leyes de Newton
Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton,1
son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los
problemas planteados por la mecánica, en particular aquellos relativos al
movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y
el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que
constituyen los cimientosno sólo de la dinámica clásica sino también de la
física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto
sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en
observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a
partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en
sus predicciones La validez de esas predicciones fue verificada en todos y
cada uno de los casos durante más de dos siglos.2
En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos:
5. Por un lado, constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de
la mecánica clásica;
6. Por otro, al combinar estas leyes con la Ley de la gravitación universal, se
pueden deducir y explicar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.
Así, las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros,
como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano,
así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas.
Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.3
No obstante, la dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, sólo se
cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es aplicable a
cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz (que
no se acerquen a los 300.000 km/s); la razón estriba en que cuanto más cerca esté
un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo queocurriría en los sistemas de
referencia no-inerciales), más posibilidades hay de que incidan sobre el mismo
una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o fuerzas ficticias,
que añaden términos suplementarios capaces de explicar el movimiento de un
sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan entre sí. El estudio de
estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud,
fundamentalmente) corresponde a la teoría de la relatividad especial, enunciada
por Albert Einstein en 1905.
Primera Ley de Newton
La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo
puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo
a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.5
Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su
estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos
que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo
sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están
sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma
progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que
el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se
ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimientorectilíneo uniforme implica que no
existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en
movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él.
En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por
lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza
neta.
Ejemplo, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente
por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde
el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad.
Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de
referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos
sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no
actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto
que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre
es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos
estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En
muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la Tierra es una
buena aproximación de sistema inercial.
Segunda Ley de Newton
La segunda ley del movimiento de Newton dice que
El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motrizimpresa y ocurre
según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.6
Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no
tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el
estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En
concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son
proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las
fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente,
hay relación entre la causa y el efecto, la fuerza y la aceleración están
relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función
del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales
si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.
En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:
Donde:
es el momento lineal
la fuerza total o fuerza resultante.
Suponiendo que la masa es constante y que la velocidad es muy inferior a la
velocidad de la luz7 la ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente
manera:
Sabemos que es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m es la masa
del cuerpo y V su velocidad.
Consideramos a la masa constante y podemos escribir aplicando estas
modificaciones a la ecuación anterior:
que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de
proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos
losiguiente, si despejamos m de la ecuación anterior obtenemos que m es la
relación que existe entre y . Es decir la relación que hay entre la fuerza
aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran
resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene mucha
inercia. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la
inercia del cuerpo.
Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero,
esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante
y en dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto
para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la
definición de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la
dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con
independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista
establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se
mueve dicho cuerpo.
De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de
fuerza o newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también
valdrá 1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un
kilogramo le produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración
y la fuerza han de tener la misma dirección y sentido.
La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema
de la dinámica de determinar la clase defuerza que se necesita para producir
los diferentes tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (m.r.u), circular
uniforme (m.c.u) y uniformemente acelerado (m.r.u.a).
Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el
vector suma de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que
cayese hacia la tierra con una resistencia del aire igual a cero, la fuerza
sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la
gravedad.
Tercera Ley de Newton
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las
acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido
opuesto.
La tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya
habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de
las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada
fuerza que actúa sobre un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual
intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de
otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en
pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto.
Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga
instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su
formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que
estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacena
velocidad finita 'c'.
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 obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes,
ésta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del
momento angular.
Fuerza de Rozamiento
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos
superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas
superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio
del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las
imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto.
Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas
superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la
normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone
de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la
fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
En el rozamiento entre cuerpos sólidos se ha observado que son válidos de forma
aproximada los siguientes hechos empíricos:
7. La fuerza de rozamiento tiene dirección paralela a la superficie de apoyo.
8. El coeficiente de rozamiento depende exclusivamente de la naturaleza de
loscuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus
superficies.
9. La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza
normal que actúa entre las superficies de contacto.
10. Para un mismo par de cuerpos (superficies de contacto), el rozamiento es
mayor un instante antes de que comience el movimiento que cuando ya ha
comenzado (estático Vs. cinético).
El rozamiento puede variar en una medida mucho menor debido a otros factores:
1. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de las
superficies de contacto.
2. El coeficiente de rozamiento cinético es prácticamente independiente de la
velocidad relativa entre los móviles.
3. La fuerza de rozamiento puede aumentar ligeramente si los cuerpos llevan
mucho tiempo sin moverse uno respecto del otro ya que pueden sufrir
atascamiento entre sí.
Algunos autores sintetizan las leyes del comportamiento de la fricción en los
siguientes dos postulados básicos:1
1. La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es proporcional
a la fuerza normal ejercida entre los mismos.
2. La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es
independiente de las dimensiones de contacto entre ambos.
La segunda ley puede ilustrarse arrastrando un bloque sobre una superficie
plana. La fuerza de arrastre será la misma aunque el bloque descanse sobre la
cara ancha o sobre un borde más angosto. Estas leyes fueron establecidas
primeramente por Leonardo da Vinci al final del siglo XV, olvidándosedespués
durante largo tiempo; posteriormente fueron redescubiertas por el ingeniero
francés Amontons en 1699. Frecuentemente se les denomina también leyes de
Amontons.
Fuerza de Resistencia
La resistencia física es una de las cuatro capacidades físicas básicas,
particularmente, aquella que nos permite llevar a cabo una dedicación o
esfuerzo durante el mayor tiempo posible.
Podemos clasificar los tipos de resistencia según si actúa una parte del cuerpo
(resistencia local) o todo el cuerpo (resistencia general), o por si es
aeróbica o anaeróbica.
Fuerza Elástica
La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen
una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen
fuerzas.
La fuerza elástica se calcula como:
F = - k ΔX
ΔX = Desplazamiento desde la posición normal
k = Constante de elasticidad del resorte
F = Fuerza elástica
CONCLUSIONES
La conclusion a la que he llegado con el transcurso de la unidad II, es que, el
movimiento se encuentra en todas partes ya que el movimiento es una de las
caracteristicas que tienen todos los cuerpos y un ser vivo siempre debe de
contar con alguna forma de movimiento para poder ser un ser vivo.
Existen distintos tipos de movimientos mas sin embargo en cada uno de ellos
miramos que es indispensable que una fuerza actúe sobre el cuerpo para que
pueda existir el movimiento en si.
