Guía 1 de Física: Estática, Dinámica, Cinemática

Se suele comenzar el estudio de la Física partiendo de la mecánica. Este criterio, basado en la historia que fue acompañando el desarrollo de la única ciencia natural, tiene lógica necesaria y suficiente para que también yo inicie contigo este estudio desde tal lugar en el espacio-tiempo.

Así es que en este volumen desarrollé lo más sencillamente que pude temas infaltables en el panorama de quienes como tú buscan aproximarse a los conceptos más populares de esta materia.

Encontrarás aquí, a modo de introducción, una presentación de la Física Mecánica y sus partes. Y luego de comprendido el significado de las que llamamos "fuerzas", te justificaré la conveniencia de utilizar el recurso geométrico de los segmentos orientados (vectores) como representación adecuada de las mismas.

Y veremos juntos cómo tratar las fuerzas colineales, las concurrentes, las paralelas y las otras, esto es, las que no son colineales ni concurrentes ni paralelas.

Una vez que te haya convencido de que tales fuerzas son "causas", te asomaré al conocimiento de sus "efectos", esto es, los cambios que producen.

Allá por el siglo XVII aparecerá en escena el famoso Newton quien, con algunos errores disculpables para tiempos en los que muy pocos se interesaban por estas cuestiones, logró armar una base coherente a la que sus sucesores se treparon para, desde allí, intentar saltos más audaces.

Completé para ti esta parte de la Guía, necesariamente inicial, mencionando las "fuerzas de fricción o de rozamiento", a las que la observación cotidiana nos ha acostumbrado desde que tenemos uso de razón, para luego diferenciar dos estados con ciertas similitudes: el "equilibrio" y el "reposo". Y a continuación otros dos conceptos a veces parecidos: el "centro de gravedad" y el "centro de masa".

Finalmente me puse en movimiento hablando de "Cinemática" y, a modo de justificación, te propongo aquí estudiar los movimientos rectilíneos.

Seguramente en otras Guías que vendrán hablaremos de asuntos más complejos pero nada lograríamos si aún te han quedado dudas importantes sobre lo que en este volumen analicé para ti y contigo.

¿Cómo puedes obtener tu copia personal de este pequeños manual de Estática, Dinámica y Cinemática? Es muy sencillo. Si te pones en contacto conmigo vía email a danielgalatro@gmail.com
o a través del formulario que encontrarás en este mismo blog, te diré cuáles son los pocos y sencillos pasos que deberás seguir para lograrlo.

Te estaré esperando.

Prof. Daniel Aníbal Galatro

Hablemos de "dinámica"... Inercia, masa, fuerza, aceleración, etc.

Un día llegó un tal Newton ("Isaac" para sus familiares y amigos) y expresó que cuando un cuerpo está quieto (en reposo) no actúa ninguna fuerza sobre él. O si actúan dos o más, están en equilibrio. Y todos lo miraron como diciendo "es algo obvio": si no pedaleo mi bicicleta no avanza.
Pero luego de unos días regresó y, sin siquiera parpadear mientras lo decía, expresó que cuando un cuerpo está moviéndose con velocidad constante sobre una trayectoria rectilínea, tampoco actúa ninguna fuerza sobre él. O si actúan dos o más, están en equilibro. Y todos ya lo miraron de una forma diferente. "Este muchacho, que parecía tan inteligente, se ha vuelto loco": si acelero mi bibicleta hasta una cierta velocidad pero luego dejo de pedalear, no va a seguir moviéndose a la misma velocidad para siempre. Se irá deteniendo poco a poco y, si no aplico fuerza a los pedales, se detendrá.
Y Newton, que no leía el pensamiento ajeno pero podía suponerlo, continuó diciendo: "Lo que detiene poco a poco la bicicleta es la resistencia del aire. Si estuviera en el vacío, continuaría viajando en línea recta a la misma velocidad. Para siempre."
Un gracioso allí presente acotó: "Seguiría viajando pero el ciclista, o sea yo, estaría muerto por asfixia. Por eso, Isaac, discúlpame pero no haré la prueba. No me atreveré a andar en mi bicicleta en el vacío."
Así que tuvieron que creer en lo que Newton decía aunque no pudieron probarlo hasta algún tiempo después.
Pero no fue este científico inglés el primero que se dio cuenta de eso. Leonardo da Vinci y Galileo Galilei ya lo habían notado y expresado antes.

Cuando expresó sus famosos principios o leyes llamó a éste "principio de inercia"¨: todo cuerpo tiende a mantener su velocidad (aunque esa velocidad sea cero), su dirección de movimiento y su sentido.
O, para ser más "científicos" demos vuelta la idea para decir con Newton: "Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o actúan varias que se anulan entre sí, entonces el cuerpo está en reposo o bien en movimiento rectilíneo y uniforme".`

¿Por qué hablaba de "tendencia" y no de "algo seguro"? Porque la tendencia podía demostrarse en la superficie de la Tierra donde la atmósfera actuaba como freno, en cambio la seguridad necesitaba del vacío que en ese momento no se lograba con demasiado éxito.

Allí venía incluído un concepto fundamental: "para que un movimiento cambie de velocidad o de dirección o de ambas cosas a la vez tiene que aplicarse una fuerza". Y a ese cambio se lo conocía como "aceleración".

La cuestión siguiente sería: ¿entonces cada vez que aplico una fuerza determinada obtengo una aceleración determinada? ¿Sabes que no? Si pateo un balón liviano saldrá disparado con mayor velocidad que si pateo con igual fuerza un balón pesado. Porque el balón pesado tiene más "inercia" que el balón liviano. Es decir, el balón pesado tiene más pereza para ponerse en movimiento que la que manifiesta el balón liviano.

Si en cada caso dividimos la fuerza aplicada por la aceleración lograda (F/a) nos dará una medida de esa inercia. Y Newton dijo que ese número obtenido dependía de la cantidad de masa del cuerpo.

¡Finalmente podíamos medir la masa de un cuerpo! Era una medida directamente relacionada con su inercia:
masa = fuerza/aceleración. Y como "fuerza" en griego se denomina "dina" había nacido la "dinámica": el estudio de los efectos de las fuerzas. Una masa que es siempre la misma para el mismo cuerpo, porque lo que puede cambiar es su "peso", es decir, la fuerza con la que esa masa es atraída, por ejemplo, por el planeta Tierra y que le provocará una aceleración que hará que su velocidad aumente 10 metros/segundo cada segundo.

Pero ese será el tema de otro encuentro. ¡Hasta entonces!

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Ahora sí. ¡hasta la próxima!

Condición general de equilibrio

Un cuerpo está en equilibrio cuando:
a) no rota.
b) está en reposo o moviéndose con velocidad constante sobre una trayectoria rectilínea.

Por tanto, se calcula la resultante de las fuerzas y la resultante de las cuplas (momentos) y si ambas son nulas (= 0) entonces puede decirse que el cuerpo está en equilibrio.

Y este estado de movimiento del cuerpo es el que estudia la Estática newtoniana.

En ausencia de rotación ya es evidente que la resultante de las cuplas no puede calcularse y es por tanto cero. Entonces el equilibrio depende solamente de que también sea cero la resultante de las fuerzas.