1. SIGNOS DE LAS FUERZAS
Usualmente se asumen dos formas de establecer los signos
(positivo y negativo) a las fuerzas según la circunstancia en la
que se evalúe su acción.
1. En reposo: los signos de las fuerzas se
colocan en semejanza a los signos del
Plano Cartesiano, estableciendo como
centro del sistema el centro de masa del
objeto en el que evalúa la acción de las
fuerzas. Por ello los signos serán
positivo si actúa hacia arriba o a la
derecha y negativo si la fuerza se ejerce hacia abajo o a la
izquierda.
2. En movimiento: se considerarán positivas aquellas fuerzas
que favorecen el movimiento (o que van en el mismo
sentido de él), mientras que serán negativas las fuerzas que
se opongan al movimiento.
Como está en reposo verticalmente los signos
corresponden a los del eje y en el plano cartesiano.
Asumiendo que el carro se mueve hacia el oeste, los
signos fueron colocados de acuerdo con el
movimiento.
FUERZAS EQUILIBRADAS
Se considera que dos o más fuerzas están en equilibrio cuando
la sumatoria de ellas es cero.
Por ejemplo: Cualquier objeto que descansa sobre una
superficie, se mantiene en reposo debido a que las fuerzas que
actúan sobre él son equilibradas entre sí.
En este caso, la fuerza normal tiene el mismo módulo que el
peso, y como son opuestas (de signos contrarios) al sumarse
habrá una fuerza neta de 0 Nw.
∑ = NwFx 0
PNFy −=∑
yxN FFF +=
)(0 PNNwFN −+=
NwPNFN 0=−=
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE FUERZAS
La forma de representar las fuerzas mediante diagramas tiende
a ser siempre de la misma forma: con flechas (vectores) cuyo
origen coincide con el dentro de masa del objeto que se estudia.
Pero según algunas características pueden distinguirse dos
tipos:
1. Diagrama de fuerzas: sobre la imagen o dibujo (original) de
la situación se marca un punto (centro de masa) y se
dibujan los vectores de las fuerzas.
Cuando el ejercicio no tiene una imagen ilustrativa, se
representa el objeto y demás elementos que intervengan
usando figuras geométricas básicas, y sobre el cuerpo
objeto de estudio se ubica el punto (centro de masa) y se
trazan las fuerzas.
2. Diagrama de cuerpo libre (DDCL): es una representación
aislada de las fuerzas, donde el objeto es representado sólo
por el punto (centro de masa) y a partir de allí se dibujan las
fuerzas.
Ejemplo: haciendo el diagrama de las fuerzas que actúan
sobre el trineo.
PRINCIPIOS O LEYES DE LA DINÁMICA
1. Ley de Inercia
“Todo objeto se mantendrá en su estado de reposo o
movimiento, a menos que una fuerza no equilibrada lo altere
(acelere)”
Quiere decir que si una partícula está en reposo, las fuerzas que
actúen sobre ella deben estar equilibradas (el resultado de su
suma es cero).
Además, si se le aplican más fuerzas pero ellas siguen
equilibradas tampoco lograrán hacer que se mueva (que cambie
su rapidez).
Por ejemplo: Aunque el señor empuje con bastante fuerza, el
carro no se (horizontalmente) mueve porque la fuerza de
rozamiento entre el suelo y las ruedas equilibra la fuerza
aplicada por el hombre. Además, no se moverá verticalmente
porque la fuerza (vertical y hacia abajo) del peso es equilibrada
por la fuerza normal que la superficie ejerce al contrario
(verticalmente hacia arriba)
+
+
-
-
Diagrama de fuerzas
sobre la imagen original
Diagrama de fuerzas
representando los objetos
DDCL

2. Si el objeto está moviéndose, las fuerzas que hacen que esto
ocurra deben ser equilibradas para que se mantenga en un
movimiento inercial.
Eso sólo ocurrirá si el móvil se desplaza en M.R.U. pues es la
única forma en que su velocidad no sufrirá ningún cambio y por
lo tanto su aceleración será cero.
Por ejemplo: el caballo mantiene un paso constante que le
permite avanzar 4 metros en cada segundo que pasa. Como su
rapidez es constante, al mantenerse viajando en línea recta su
aceleración será cero. Esto indica que las fuerzas que actúan
sobre el sistema (caballo y carreta juntos) son equilibradas.
“Siempre ocurrirá, por inercia, que cualquier cuerpo tienda a
mantener su estado de reposo o de MRU”
Quiere decir, que su objeto está en reposo sobre una superficie
y la superficie es acelerada, el objeto tenderá a permanecer
como estaba pues la fuerza (no equilibrada) fue aplicada a la
superficie y no a él.
Es lo que ocurre cuando un carro
arranca y el cuerpo de las personas,
equipaje y demás objetos “sueltos”
que estén dentro tenderán a irse
hacia atrás.
También suele pasar, que si un
automóvil que va andando frena repentinamente los objetos
saldrán “expedidos” hacia adelante. En realidad los objetos no
son impulsados por la frenada, sino que tienden a mantenerse
en MRU con la rapidez con la que venían
moviéndose ya que no hay fuerza no
equilibrada que intente frenarlos. (Por
ello se implementó el cinturón de
seguridad)
Otro caso, que obedece a la inercia es el cambio de dirección: si
un automóvil realiza una curva las personas y demás objetos
“sueltos” tienden a irse hacia al lado contrario de la curva. No
hay una fuerza que los empuje hacia allá, en realidad lo que hay
es una tendencia inercial a seguir el movimiento en línea recta.
Si no hubiera puertas los cuerpos
saldrían del carro y viajarían en línea
recta “como venían”.
Esa misma situación pasa con todo el
automóvil cuando al tomar una curva no reduce
suficientemente su rapidez, y en lugar de voltear derrapa en la
curva porque la fuerza de roce con el pavimento no es lo
suficientemente grande como para detener el movimiento
rectilíneo que el carro intentará mantener por inercia.
2. Ley Fundamental de Dinámica
“La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la
fuerza que se le aplique e inversamente proporcional a su masa”
Entonces, mientras más fuerza se aplique a un objeto se logrará
que adquiera una aceleración mayor. Y si se disminuye la fuerza
aplicada entonces la aceleración también menguará.
Caso contrario ocurre si lo que varía es la masa. Porque a
medida que un cuerpo tiene mayor masa la aceleración que se
logra es menor si se aplica siempre la misma cantidad de fuerza
para acelerarlo.
3. Ley de Acción y Reacción
“Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo
objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y
dirección, pero de sentido contrario, sobre el primero”
Este principio sólo es posible cuando hay dos objetos “distintos”
en contacto. Por lo que ambas fuerzas (acción y reacción)
ocurren en objetos diferentes.
Siempre que se estudien las fuerzas que actúan sobre un cuerpo
sólo se observará una de esas fuerzas (acción o reacción) en el
objeto, pues actúan cada una en un cuerpo distinto.
Además, aunque el nombre “acción y reacción” pudiera hacer
pensar que una fuerza ocurre primero que la otra; ellas son
simultáneas, ambas se producen cuando se da el contacto entre
los objetos.
Por ejemplo: para poder caminar (hacia
adelante) nuestro pie empuja contra el
suelo hacia atrás y la fuerza “de reacción”
que el suelo hace en sentido contrario nos
impulsa para poder movernos.
De igual forma ocurre cuando nadamos,
al remar en un bote, con un cohete cuya
propulsión de gases es expedida hacia atrás, entre otras
situaciones.