“Yo… un universo de átomos, un átomo en el universo.” Frase atribuida a Richard Feynman
🔷Estudiar dinámica es aprender las leyes de Newton, es conocer de manera formal palabras que usamos en nuestra vida cotidiana, como bien puede ser la masa (m), la fuerza (F), momento (p), y el impulso (I).
Nos adentrarnos en una serie de modelos y aprendemos a dominar un lenguaje específico como es manejar la notación vectorial en donde nos enseñan la diferencia entre aquellas cantidades que requieren magnitud y dirección con aquellas que solo requieren una magnitud o mejor un número. Por decir algo cuando decimos que un auto lleva una velocidad de 200 m/s alguien nos puede preguntar ¿y en que dirección se mueve, va o viene? esto nos muestra como la velocidad debe ser una cantidad de carácter vectorial ya que ademas de saber cual es el valor, debemos conocer hacia donde se mueve el objeto. Ahora bien si miramos la hora en nuestro reloj, no necesitamos ninguna información adicional a la que éste nos entrega, de manera intuitiva sabemos que el tiempo es un valor que solo requiere de un número. Debemos entender que la dinámica no forma parte del sentido común, mas bien es ingresar a un mundo lleno de aventuras interesantes que nos enseña a pensar de manera diferente. Resulta difícil para muchos estudiantes aprobar la asignatura de mecánica clásica cuando la enfrenta en estudios universitarios, esto ocurre en muchos casos porque se piensa que aprender física es memorizar una colección de ecuaciones y la idea para el joven aprendiz es mirar como se aplican en una situación problema sin realizar ninguna acción mental que nos permita interpretar. Gran diferencia se presenta cuando conocemos como se han construido los conceptos, esto nos permite realizar lectura crítica y análisis a profundidad.
La dinámica nos permite ingresar en un escenario muy interesante, en donde es posible predecir como será la trayectoria del objeto de interés si conocemos las fuerzas que actúan sobre él.
A medida que vamos profundizando en las leyes de Newton, si alguna de las fuerzas no es constante, y nos solicitan indicar como será la trayectoria del objeto, entramos al fascinante mundo de una ecuación diferencial de primer orden para la velocidad instantánea como función del tiempo de nuestro objeto.
Para salir victoriosos en el manejo de las leyes de Newton, lo primero es conocerlas, también debemos identificar las fuerzas aplicadas sobre el objeto, estar en capacidad de elaborar de manera correcta el diagrama de cuerpo libre, a partir de este diagrama aplicar la primera o la segunda ley de Newton, esto depende de si el objeto se encuentra en equilibrio o si más bien presenta aceleración.
Para que el diagrama de cuerpo libre resulte correcto debemos tener en cuenta la tercera ley de Newton, la cual nos indica que para toda fuerza de acción debe existir una fuerza de reacción igual y de dirección contraria actuando sobre otro objeto, si no identificamos la fuerza de reacción en cada una de las que hemos dibujado, es probable que vamos en un camino equivocado. No podemos olvidar que las fuerzas se presentan por parejas.
Luego plantear las ecuaciones de movimiento y finalmente ¡manos a la obra! Esto es resolver estas ecuaciones, en primera instancia estaríamos en capacidad de determinar la aceleración del objeto. A partir de la aceleración hallaríamos la velocidad y con este resultado podríamos predecir la trayectoria del objeto de interés, esto parece sencillo; sin embargo, es necesario tener claros los conceptos para llegar a un resultado correcto.
Veamos las fuerzas que actúan sobre la masa m1 ilustrada en el inicio de esta entrada:
En la imagen de la izquierda vemos la situación problema, la ɑ que aparece con una flecha en la parte superior nos muestra que el sistema presenta aceleración hacia la derecha, la letra F también con flecha en la parte superior muestra que esta es una fuerza aplicada a la masa m1 y se asume que la superficie donde se apoya m1 es lisa.
En la imagen del centro vemos lo que denominamos un diagrama de cuerpo libre, en donde aparecen dibujadas las fuerzas que actúan sobre m1.
En la imagen de la derecha vemos que significa cada término, es muy interesante ver las fuerzas normales sobre m1, para entender la situación mostrada donde ilustramos la fuerza Normal de m3 sobre m1, significa la fuerza que ejerce la superficie inferior de la masa m3 sobre m1 y así con las demás fuerzas. No olvidemos que esta fuerza siempre es perpendicular a la superficie que la genera.
En el PDF adjunto, comparto las leyes de Newton en su versión moderna, como bien lo explica el texto Física de Paul Tipler en el volumen 1.
En el documento encontraremos los enunciados de las leyes, así mismo explicaciones de cada una, las dimensiones y unidades de fuerza y se muestra un diagrama sencillo de cuerpo libre, con una breve explicación de las posibles fuerzas que actúan sobre el objeto.🔷
Fuente consultada: Física, Paul Tipler, Volumen 1. Editorial Reverté. 1977
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