Modulo fisica

CAPÍTULO 1. PRELIMINARES
1.1 OBJETO DE LA MECÁNICA
Uno de los fenómenos más notables del universo es el movimiento. Millones de estrellas se
mueven en la lejanía; la tierra rota y se traslada; la luna y tantos satélites orbitan alrededor de
la tierra; los mares se agitan y ondulan; las aguas fluyen por cauces y tubos; los vientos
soplan, calmos o tormentosos; vehículos de toda suerte viajan,lentos o raudos; piezas de
máquinas, bielas y engranajes, giran y crujen; pequeños sensores buscan su lugar con
precisión asombrosa para leer ristras de datos; las cuerdas musicales vibran y un leve y sutil
temblor del aire transmite sus sonidos.
El movimiento ha sido siempre objeto de reflexión y análisis. Aquí vamos a ocuparnos de su
estudio desde el punto de vista de la ciencia, de laFísica, siguiendo básicamente la teoría
precisa y potente que desarrolló Isaac Newton, pero expuesta en términos modernos y
actuales.
La Mecánica es el estudio del movimiento de los cuerpos en relación con las acciones que lo
determinan. ¿De cuáles cuerpos? De cuerpos como los mencionados arriba, de cuerpos
macroscópicos. Hay una distinción fundamental entre macroscópico y microscópico. Como
sesabe, la materia está formada por moléculas, por átomos, y éstos por electrones, protones,
neutrones, en fin. El ámbito de esas “partículas elementales”, de los átomos y moléculas,
constituye la esfera de la microfísica, de lo microscópico. Los cuerpos o porciones de materia
que incluyen números muy grandes de átomos son los cuerpos macroscópicos. Ya en un
milímetro cúbico de acero hay unnúmero inmenso de átomos, es un cuerpo macroscópico. El
estudio del microcosmos compete a la Mecánica Cuántica.
Hay que distinguir también entre el dominio de los cuerpos lentos y el de los rápidos. En la
Física la velocidad máxima es la velocidad de la luz, c ≈ 3 × 10 8 m s . Los cuerpos que se
mueven a velocidades comparables a ella son estudiados en la Teoría de la Relatividad, en la
MecánicaRelativista. Los cuerpos lentos se mueven a velocidades muy inferiores a la de la
luz.
El estudio del movimiento de los cuerpos macroscópicos y lentos le corresponde a la
Mecánica Newtoniana, que se llama también Mecánica Clásica, aunque a veces esta última
denominación se usa para referirse a formulaciones alternas, matemáticamente más
elaboradas.
Para estudiar el movimiento de los cuerposse han desarrollado en la mecánica modelos físicomatemáticos abstractos como el de partícula o punto material, punto geométrico dotado de
masa, que ha surgido como idealización de un cuerpo cuyas dimensiones son pequeñas
comparadas con sus desplazamientos o bien cuya estructura y movimientos internos no son
relevantes para un cierto estudio. No existen pues en este sentido verdaderas partículas,son
modelos, representaciones ideales de los cuerpos reales. El que unos cuerpos sean o no
representables como partículas dependerá del problema específico. Así, en su movimiento
alrededor del sol, la tierra puede considerarse como una partícula que describe una trayectoria
elíptica, pero no podrá ser considerada como partícula si quiere estudiarse su rotación diaria.

1

Londoño -Introducción a la mecánica

2

   

Otros modelos esenciales de la Mecánica son los sistemas de partículas y los cuerpos
continuos, que pueden ser cuerpos rígidos o deformables.
La Cinemática es la descripción matemática del movimiento sin atender a las causas que lo
producen. En la Estática se estudian los cuerpos en equilibrio. En la Dinámica se estudia la
relación existente entre elmovimiento de un cuerpo y las interacciones de ese cuerpo con los
demás que lo rodean. Los postulados básicos de la mecánica son las Leyes de Newton del
movimiento, cuya idea central es la siguiente: las interacciones se representan mediante las
fuerzas hechas sobre un cuerpo, cuya resultante está directamente vinculada con una
propiedad esencial de dicho cuerpo, su masa inercial, y con la...