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UNIDAD III. DINAMICA

La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación a las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evoluciónpara dicho sistema de operación

El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se desarrollaran los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, dejándose para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no-mecánicos.

3.1 CINEMATICA

Lacinemática (del griego κινεω, kineo, movimiento) es la rama de la mecánica clásica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo.

En la cinemática se utiliza un sistema de coordenadas para describir las trayectorias, denominado sistema de referencia. La velocidad es elritmo con que cambia la posición un cuerpo. La aceleración es el ritmo con que cambia su velocidad. La velocidad y la aceleración son las dos principales cantidades que describen cómo cambia su posición en función del tiempo.

3.1.1 MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME Y ACELERADO
MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME
Para este caso la aceleración es cero por lo que la velocidad permanece constante a lo largodel tiempo. Esto corresponde al movimiento de un objeto lanzado en el espacio fuera de toda interacción, o al movimiento de un objeto que se desliza sin fricción. Siendo la velocidad v constante, la posición variará linealmente respecto del tiempo, según la ecuación:
[pic]
[pic]
Donde [pic] es la posición inicial del móvil respecto al centro de coordenadas, es decir para [pic].
Si [pic] laecuación anterior corresponde a una recta que pasa por el origen, en una representación gráfica de la función [pic], tal como la mostrada en la figura de arriba
[pic]
[pic]
Variación en el tiempo de la posición y la velocidad para un movimiento rectilíneo uniforme.
MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO
En éste movimiento la aceleración es constante, por lo que la velocidad de móvilvaría linealmente y la posición cuadráticamente con tiempo. Las ecuaciones que rigen este movimiento son las siguientes:
[pic]
[pic]
[pic]
Donde [pic]es la posición inicial del móvil y [pic]su velocidad inicial, aquella que tiene para [pic].
Obsérvese que si la aceleración fuese nula, las ecuaciones anteriores corresponderían a las de un movimiento rectilíneo uniforme, es decir, con velocidad[pic]constante.
Dos casos específicos de MRUA son la caída libre y el tiro vertical. La caída libre es el movimiento de un objeto que cae en dirección al centro de la Tierra con una aceleración equivalente a la aceleración de la gravedad (que en el caso del planeta Tierra al nivel del mar es de aproximadamente 9,8 m/s2). El tiro vertical, en cambio, corresponde al de un objeto arrojado en ladirección opuesta al centro de la tierra, ganando altura. En este caso la aceleración de la gravedad, provoca que el objeto vaya perdiendo velocidad, en lugar de ganarla, hasta llegar al estado de reposo; seguidamente, y a partir de allí, comienza un movimiento de caída libre con velocidad inicial nula.

[pic]
[pic]
Variación en el tiempo de la posición, la velocidad y la aceleración en un movimientorectilíneo uniformemente acelerado.

3.1.2 MOVIMIENTO CURVILINEO
Supongamos que el movimiento curvilíneo tiene lugar en el plano XY, situamos un origen, y unos ejes, y representamos la trayectoria del móvil, es decir, el conjunto de puntos por los que pasa el móvil. Las magnitudes que describen un movimiento curvilíneo son:
VECTOR POSICIÓN [pic]EN UN INSTANTE T.
Como la posición del móvil...