Problemas de Dinámica.

PRINCIPIOS o LEYES DE NEWTON o PRINCIPIOS o LEYES DE LA DINÁMICA.

• PRIMER PRINCIPIO o LEY DE LA INERCIA: Cuando la fuerza total aplicada sobre un cuerpo es nula (cero), el cuerpo NO experimenta cambios en su estado de movimiento (es decir, que si estaba ‘en reposo’ así seguirá, y si se estaba moviendo lo seguirá haciendo PERO con velocidad constante). Se le llama INERCIA a la tendencia de los cuerpos a permanecer en reposo o en movimiento uniforme (esto es, con velocidad constante). Esto lo hemos dicho anteriormente cuando afirmamos que una de las consecuencias de aplicar una fuerza a un objeto es que cambia su velocidad.

Se le llama Fuerza “Total” a la RESULTANTE DE LAS FUERZAS que actúan sobre el cuerpo.

Si la fuerza total es nula será porque no se le aplica ninguna fuerza, o bien se le aplican dos fuerzas equilibradas. En esos casos, el cuerpo seguirá como esté; esto es lo que en Física se le llama EQUILIBRIO.

Podemos distinguir dos tipos de equilibrio:

• EQUILIBRIO ESTÁTICO: si el objeto está en reposo (v = cte = 0 m/s). ¡No es necesario que el objeto se encuentre en una postura difícil para llamarle equilibrio!
• EQUILIBRIO DINÁMICO: si el objeto se encuentra en movimiento rectilíneo y uniforme (v = cte ≠ 0 m/s). ¡Esto también es equilibrio!

IMPORTANTE: aunque se diga en el lenguaje coloquial LA “FUERZA DE LA INERCIA”, LA INERCIA NO ES NINGUNA FUERZA. La inercia es una tendencia, nada más. No es una fuerza, porque las fuerzas alteran la velocidad de los objetos, y la inercia es todo lo contrario, es la ausencia de fuerza neta. De este modo, cuando se impulsa a un objeto y se suelta, como por ejemplo una barca en un lago, la fuerza no se queda dentro del objeto, sino que simplemente se sigue moviendo “por la inercia”. Si al cabo de un rato se detiene, no es porque se le acaba la fuerza que se le dio, sino porque ha actuado una fuerza en sentido contrario al movimiento: el rozamiento.

¿Es posible que un cuerpo esté en equilibrio si se le están aplicando varias fuerzas?     Sí. Siempre que se contrarresten, es decir, que la RESULTANTE de las fuerzas sea nula.

• SEGUNDO PRINCIPIO: Si la fuerza neta (o resultante) que actúa sobre un cuerpo es distinta de cero, se produce un cambio en la velocidad del cuerpo, es decir, una aceleración. La aceleración tiene la misma dirección y sentido de esta que la fuerza neta que la produce. La constante de proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración es la MASA del objeto, como se indica en esta fórmula:

¿Cuál es el efecto de la masa del objeto? Si la masa es pequeña, se necesitará también una fuerza pequeña para conseguir una determinada aceleración. Pero si la masa es grande, al multiplicarla por la aceleración deseada, obtendremos una fuerza también grande. (Es un razonamiento similar a la constante elástica de la ley de Hooke)

Esta ley incluye en sí misma a la ley de la inercia como un caso particular. En efecto, si el cuerpo no se mueve o lo hace con velocidad constante, su aceleración es nula (cero), y al multiplicarla por la masa, se obtiene una fuerza resultante cero.

IMPORTANTE: si se aplican varias fuerzas a un mismo objeto, no puede haber una aceleración distinta para cada fuerza. Un objeto sólo puede tener una aceleración única, que proviene de la suma de todas las fuerzas que se le aplican.

Equivalencia del Newton

Si la masa del objeto se expresa en el sistema internacional (kilogramos – kg) y también la aceleración (m/s²), la fuerza queda expresada en Newton, como ya se ha dicho. Esto significa que el Newton es equivalente a:

Esto que hemos hecho puede hacerse con cualquier fórmula: sustituimos las magnitudes por las unidades en las que se miden. De ese modo, obtenemos equivalencias entre unidades del sistema internacional.

Concretamente, esta equivalencia que acabamos de obtener nos dice que m/s2 es lo mismo que N/kg, que son las unidades de la aceleración de la gravedad que vimos al principio del tema.

• TERCER PRINCIPIO: La fuerza es consecuencia de la interacción entre dos cuerpos. Si un cuerpo realiza una fuerza sobre otro, éste también actúa sobre el primero con una fuerza IGUAL EN MÓDULO Y DIRECCIÓN, pero en SENTIDO CONTRARIO. Estas dos fuerzas forman lo que se llama un par ACCIÓN – REACCIÓN, una de ellas es la acción y la otra la reacción.

IMPORTANTE: no se realiza primero la acción y más tarde la reacción, sino que son simultáneas. ¿Por qué no se contrarrestan entonces? Porque cada una actúa sobre un objeto distinto, tal y como ya se ha insistido anteriormente.

Este principio es muy utilizado para impulsar diversos medios de transporte, ¡incluyéndonos a nosotros mismos! Para caminar realizamos una fuerza hacia atrás, por lo que recibimos un impulso hacia adelante.

Del mismo modo, cuando las ruedas del coche o la bicicleta intentan resbalar hacia atrás, si su rugosidad se lo impide, reciben una fuerza hacia adelante. También los barcos, con sus hélices, impulsan el agua hacia atrás, lo mismo que cuando remamos en un lago, por lo que recibimos una fuerza hacia adelante. Los calamares se impulsan también mediante un chorro de agua. Por último, los aviones, en especial los llamados “aviones a reacción” expulsan un chorro de gases calientes a gran velocidad, al igual que los cohetes, lo que provoca una fuerza hacia adelante.