Fisica

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Londoño - Introducción a la mecánica

3.5 APLICACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON. DE DINÁMICA

PROBLEMAS

En el estudio del movimiento de una partícula, es decir de un cuerpo (o conjunto de cuerpos) idealizable como un punto material, es de fundamental importancia la consideración de algunos aspectos que vamos a señalar. Definir el sistema mecánico. Diagrama de fuerzas

Definir, o, comose dice a veces, aislar el sistema mecánico, es determinar con claridad cuál es el cuerpo (o conjunto de cuerpos) cuyo movimiento va a estudiarse. Consiste en precisar cuáles porciones de materia, qué objetos, forman parte del sistema elegido, es decir, son su interior, y cuáles no son del sistema, es decir, son externos a él. Definir el sistema implica precisar con cuáles cuerpos externos tieneinteracciones relevantes el sistema objeto de estudio. Con frecuencia una línea punteada trazada en un dibujo, rodeando el sistema o cuerpo elegido, ayuda a determinar con cuáles cuerpos externos hay interacciones. Todas las interacciones externas relevantes se representan como fuerzas hechas sobre el cuerpo elegido o sistema mecánico, en el diagrama de fuerzas, que debe hacerse siempre en unaposición o situación general del movimiento del cuerpo. Definir el sistema mecánico es pues determinar con exactitud cuál cuerpo, cuál trozo de materia, va a estudiarse, para poder decir con precisión cuáles son todas las fuerzas externas que actúan sobre él y determinan su movimiento. La elección clara y explícita de un cuerpo o sistema mecánico y la consecuente realización de su diagrama de fuerzas,son cuestiones cruciales de la mecánica. A medida que se progrese en su estudio, los cuerpos o sistemas mecánicos posibles serán más variados, más sutiles, más complejos. Por ahora, para que un sistema mecánico elegido pueda ser tratado como una sola partícula o punto material, se requiere que sus movimientos internos no sean relevantes. Marco inercial de referencia. Ejes Hay que definir conclaridad cuál es el cuerpo rígido (o conjunto de cuerpos rígidamente unidos entre sí) que va a servir de marco de referencia. Para poder aplicar la segunda ley de Newton dicho marco de referencia debe ser inercial. Con frecuencia, para el estudio de movimientos de cuerpos en un laboratorio o, en general, cerca de la superficie terrestre, se elige como marco de referencia el propio laboratorio oedificio, es decir, un marco localmente unido a la superficie terrestre, marco que puede considerarse muy aproximadamente inercial, despreciando los pequeños efectos de rotación de la tierra, que para muchísimos movimientos locales no son importantes. Elegido el marco inercial de referencia es necesario determinar un sistema de coordenadas adecuado. En un comienzo usaremos unas coordenadas cartesianas,lo que conlleva entonces la elección de un origen fijo y unos ejes x, y, igualmente fijos en el marco inercial elegido.

Leyes de Newton y aplicaciones (I)

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Más adelante, en el movimiento circular, estudiaremos las coordenadas intrínsecas con sus direcciones tangencial y normal. Con frecuencia el movimiento de un cuerpo se realiza de una manera determinada y específica, debido arestricciones, ligaduras o vínculos especiales, que lo obligan a moverse de tal o cual manera. Por ejemplo, un plano inclinado obliga a moverse un cuerpo en una trayectoria rectilínea. Sobre una pista circular un cuerpo se mueve forzosamente en círculo. Otro cuerpo se encuentra simplemente en reposo, o bien, dos bloques unidos por una cuerda inextensible tienen movimientos ligados uno al otro. Laelección de ejes adecuados está muy relacionada con esas condiciones específicas de cada movimiento concreto y es importante plasmar matemáticamente con claridad dichas condiciones específicas, que son de tipo cinemático, antes de la aplicación de la segunda ley de Newton. Plantear la Segunda Ley de Newton Elegido el cuerpo o sistema mecánico, hecho el diagrama de fuerzas, determinado el marco inercial...