Fisica

TEMA 2
DINÁMICA DE UNA PARTÍCULA

1.- Ley de Inercia Definimos partícula libre como aquélla que no está sometida a interacción alguna. Estrictamente hablando, la partícula libre no existe, ya que cualquier partícula está sometida a interacciones con el resto del mundo; en la práctica, sin embargo, hay algunas partículas que podemos considerar como libres, ya sea porque se encuentransuficientemente alejadas de las otras y sus interacciones son despreciables, ya sea porque sus interacciones con las otras partículas se cancelan dando una interacción total nula. La primera Ley de Newton, llamada Ley de Inercia, establece que toda partícula libre se mueve siempre con velocidad constante o, lo que es lo mismo, sin aceleración. Puesto que sabemos que el movimiento es algo relativo, cuandohablamos del movimiento de la partícula libre debemos especificar el sistema de referencia que usamos. De hecho, el marco de aplicación de la Ley de Inercia son los sistemas de referencia inerciales (Ver epígrafe 4 del tema anterior) que son aquéllos en los que el observador es, a su vez, una partícula libre. La Ley de Inercia, que explícitamente afirma la persistencia del estado de movimiento deuna partícula en ausencia de interacciones, afirma, implícitamente, la necesidad de interacción no nula para que una partícula cambie su estado de movimiento. Así pues, las partículas (los cuerpos, en general) presentan tendencia a permanecer en su estado de movimiento o, lo que es lo mismo, resistencia a cambiarlo: tal tendencia recibe el nombre de inercia y de ahí el nombre de esta primera Ley deNewton.

2.- Fuerza y masa. Ecuación fundamental de la dinámica Si, respecto de un sistema de referencia inercial, una partícula cambia de velocidad, deducimos que su interacción total con el resto del mundo es no nula. Las interacciones se describen convenientemente por un concepto matemático denominaFigura 1 do fuerza. Un medio o agente conveniente para ejercer fuerzas sobre objetosdeterminados lo constituye un muelle: puede producir un empuje o tracción comprimiendo o alargando el mismo a partir de su longitud natural y cuanto mayor sea la tracción, mayor será el alargamiento o la compresión. Consideremos un muelle concreto A sujeto a un cuerpo, que vamos a considerar como patrón, sobre una superficie horizontal perfectamente lisa (Figura 1). Si el muelle se alarga a partir de sulongitud natural, el cuerpo se acelera y cuanto mayor sea el alargamiento mayor será la aceleración. Designaremos por x1 el alargamiento que produce una aceleración de 1 m/s2. Por definición, la fuerza ejercida por el muelle en estas condiciones es una unidad. Análogamente, si el alargamiento x2 produce una aceleración de 2 m/s2, diremos que la fuerza ejercida es de dos unidades. Así pues, observandolos alargamientos del muelle que corresponden a aceleraciones diferentes del cuerpo patrón podemos definir una escala de fuerzas (de hecho, hemos calibrado el muelle en unidades de fuerza). Ahora que tenemos un dispositivo para medir fuerzas, podemos calibrar otros muelles uniéndolos al mismo cuerpo patrón y midiendo el alargamiento necesario para producir una aceleración determinada. Siunimos dos muelles calibrados al cuerpo patrón en la forma en que se muestra en la figura 2, se encuentra experimentalmente que la fuerza es una magnitud vectorial, es decir, la aceleración resultante es la suma vectorial de las aceleraciones que cada muelle produciría si actuase solo. Hasta ahora hemos estudiado el modo de comparar cuantitativamente las fuerzas comparando las aceleraciones queproducen sobre un mismo cuerpo (que hemos tomado como cuerpo patrón). ¿Qué ocurre si aplicamos una fuerza ya cuantificada sobre un cuerpo distinto del patrón? Observaríamos que si el cuerpo tiene más inercia que el patrón la aceleración que adquiriría sería menor y viceversa. En particular, si aplicamos la fuerza a dos cuerpos de idéntica inercia unidos, observaríamos que adquirirían la mitad de...