Conceptos básicos de física
Concepto de partícula
Definimos la partícula como una masa que ocupa un volumen tan pequeño en el espacio que podemos decir que es puntual (es decir, no ocupa ningún volumen, simplemente está en un punto del espacio).
Concepto de equilibrio
Consideramos que un cuerpo está en equilibrio cuando dicho cuerpo no se mueve por sí mismo ante las fuerzas que están actuando sobre él; es decir, la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo se anula, de modo tal que sobre el cuerpo no se ejerce ninguna aceleración.
Concepto de estática
La estática estudia las características de las partículas y sistemas de partículas cuando se encuentran en equilibrio.
Concepto de fuerza
La fuerza viene descrita por la Segunda Ley de Newton y es la responsable de que el momento lineal varíe. Hay muchas razones diferentes por las que una fuerza puede actuar sobre una partícula. Una fuerza puede ser física (si se debe a una interacción natural física) o ficticia (si se debe a cambios en los sistemas de referencia). Las interacciones físicas son cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte.
Tipos de fuerza
- Fuerza gravitatoria
- Fuerza electromagnética
- Fuerzas nucleares
Fuerza de contacto
Las fuerzas de contacto son las que resultan cuando dos objetos interactúan mientras se contactan físicamente y algunos ejemplos son:
- Fuerza de Fricción
- Fuerza de Tensión
- Fuerza normal
- Fuerza de Resistencia del aire
- Fuerza Aplicada
- Fuerza de empuje
- Fuerza de Resorte o Restauradora
Fuerza de campo
Es cualquier magnitud física que presenta cierta variación sobre una región del espacio, el campo puede ser un ente no visible pero sí medible.
Leyes de Newton
Primera ley de Newton
La primera ley de Newton (también llamada ley de la inercia) nos dice que todo cuerpo que se esté moviendo tiende a seguir moviéndose en la misma dirección y a la misma velocidad.
Por supuesto, si la velocidad es cero el cuerpo tiende a seguir a velocidad nula, es decir, permanecer quieto. La razón por la que, en nuestra experiencia cotidiana, los cuerpos tiendan a pararse se debe a fuerzas que actúan según la segunda ley de Newton.
Segunda ley de Newton
La segunda ley de Newton es la que nos da una relación entre la fuerza que actúa sobre una partícula y la aceleración que le confiere, relacionándolo con su masa. Por ello mucha gente opina que es la más importante de las tres leyes de Newton.
Por tanto, el resultado que producen las fuerzas sobre una partícula es que esa partícula se acelere, cambiando el módulo de la velocidad, la dirección de movimiento o ambas a la vez.
Esta ley sólo se cumple cuando estamos trabajando en sistemas de referencia inerciales, al igual que la mayoría las leyes que se formulan en la física.
Tercera ley de Newton
La tercera ley de Newton (también llamada ley de acción-reacción) nos dice que cuando un objeto (o una partícula) ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo (o partícula), entonces dicho segundo cuerpo ejerce una fuerza totalmente igual sobre el primero, pero en sentido contrario. En otras palabras, no existe ninguna partícula que ejerza una fuerza sobre otras partículas y a la vez no se vea afectada por éstas.
Hay que hacer notar que las dos fuerzas de acción y reacción no se ejercen sobre el mismo objeto, lo que evita que la resultante de todas las fuerzas implicadas sea nula.
Coeficiente de fricción
Expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ.
Velocidad
La velocidad es la variación de la posición de una partícula con el tiempo y es, por tanto, la responsable de los cambios en la posición de las partículas.
Fricción estática
Es la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza horizontal F.
Fricción cinética
Es la fuerza de fricción que actúa en contra de los cuerpos en movimiento.
Tensión
Es el estado de un cuerpo sometido a la acción de fuerzas opuestas que lo atraen.
Rozamiento
La fuerza de rozamiento se emplea cuando queremos desplazar un cuerpo; actúa en contra del deslizamiento.
Ejercicios
¿Qué fuerza habrá que aplicar a un cuerpo de 60kg para obtener una aceleración de 2mt/seg2?
F = m . a F = 60kg . 2 mt/seg2 F = 120 N |
Datos
F = ?
M = 60kg
A = 2mt/seg2
Si una fuerza de 150 N le produce a un cuerpo una aceleración de 3mt/seg2 ¿cuál es la masa del cuerpo?
M = F / a M = 150N / 3mt/seg2 M = 50 Kg |
Datos
F = 150 N
M = ?
A = 3mt/seg2
¿Cuál es la aceleración que produce una fuerza de 100 N sobre una fuerza de 100 N sobre una masa de 20 kg?
A = F / M A = 100 kg mt/seg2 20kg A = 5 mt/seg2 |
Datos
F = 100 N
M = 20kg
A = ?
¿Qué fuerza habrá que aplicar a un cuerpo de 360N si se desea deslizar con velocidad constante sobre una superficie de 0,34 de fricción dinámica?
µ = F/P µ.P = F F = µ. P F = 0, 34 . 360N F = 122, 4 N |
Datos
F = ?
P = 360 N
µ = 0,34
¿Cuál será la fricción dinámica superada por un cuerpo de 85 kg de masa después de aplicársele una fuerza de 200 N?
µ = F/P P = M . G P = 85 KG . 9.86 mt/seg2 P = 838, 1 N |
µ = F/P µ = 200N/ 838,1N µ = 0,23 N |
Datos
F = 200 N
M = 85 KG
µ = ?
¿Cuál será la fricción dinámica que soporta un peso de 46 N de ejercer la fuerza de 220 N?
µ = F/P µ = 220N/ 46 N µ = 4,78 |
Datos
F = 220 N
P = 46 N
µ = ?
Si un bloque de concreto pesa 73 N y se ejerce una fuerza de 85 N ¿Cuál será la fricción dinámica?
µ = F/P µ = 85N/ 73 N µ = 1,16 |
Datos
F = 85 N
P = 73 N
µ = ?