INTERACCIÓN Y DINÁMICA EN LA MADRE TIERRA

1. Análisis de las causas generadoras del movimiento.

¿Qué causa el movimiento?

La dinámica estudia las causas que originan el reposo o el movimiento de los cuerpos. Dentro del estudio de la dinámica queda comprendida la estática, que analiza las situaciones que permiten el equilibrio de los cuerpos.

La causa que provoca el movimiento de los cuerpos es la fuerza. En general, podemos decir que una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de variar su estado de reposo o de movimiento.

El efecto que una fuerza produce sobre un cuerpo depende de su magnitud, dirección y sentido, por tal motivo la fuerza es una magnitud vectorial.

En términos generales las fuerzas pueden clasificarse según su origen y características en:

• Fuerzas gravitacionales, cuya causa está en función de la masa de los cuerpos y de la distancia que hay entre ellos; mientras mayor masa tenga un cuerpo mayor será la fuerza gravitacional con que atraerá a los demás cuerpos.
• fuerzas electromagnéticas, su origen se debe a las cargas eléctricas, las cuales cuando se encuentran en reposo ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas y cuando están en movimiento producen fuerzas electromagnéticas.

• Fuerzas nucleares, son ocasionadas entre las partículas del núcleo de los átomos y son las partículas que lo constituyen.

2. Las Leyes de Newton del movimiento

Las Leyes de Newton , también conocidas como Leyes del movimiento de Newton , son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica , en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.

Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas .

 Fundamentos teóricos de las leyes

El primer concepto que maneja Newton es el de masa , que identifica con "cantidad de materia".

Newton asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad .

En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento.

En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo compone el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo) en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del lugar mismo en otro lugar en el que esté situado, y así sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar inmóvil , es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos.

De acuerdo con esto, Newton establece que los movimientos aparentes son las diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza en Newton tiene un carácter absoluto, no relativo.

Estas leyes enunciadas por Newton y consideradas como las más importantes de la mecánica clásica son tres: la ley de inercia , relación entre fuerza y aceleración , y ley de acción y reacción .

Newton planteó que todos los movimientos se atienen a estas tres leyes principales formuladas en términos matemáticos. Un concepto es la fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la medición de la cantidad de materia puesta en movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m.

•  Primera ley de Newton o ley de la inercia

En esta primera ley, Newton expone que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme , a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

Por ejemplo, los proyectiles continúan en su movimiento mientras no sean retardados por la resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la fuerza de gravedad.       

•  Segunda ley de Newton o ley de aceleración o ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

 En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Ejemplo: Si un carro de tren en movimiento (Figura 3) , con una carga, se detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en el momento del choque.

Otro ejemplo puede ser: una pelota de fútbol impulsada con una velocidad determinada hacia arriba (según la línea roja segmentada del dibujo, figura 4 ), seguiría en esa misma dirección si no hubiesen fuerzas que tienden a modificar estas condiciones.

Estas fuerzas son la fuerza de gravedad terrestre que actúa de forma permanente y está representada por las pesas en el dibujo, y que son las que modifican la trayectoria original. Por otra parte, también el roce del aire disminuye la velocidad inicial.

Otro ejemplo: Si queremos darle la misma aceleración, o sea, alcanzar la misma velocidad en un determinado tiempo, a un automóvil grande y a uno pequeño (Figura 5) , necesitaremos mayor fuerza y potencia para acelerar el grande, por tener mayor masa que el más chico.

Si un caballo tira de una piedra unida a una cuerda (Figura 6) , el caballo es igualmente tirado por la piedra hacia atrás; porque la cuerda, tendiendo por el esfuerzo a soltarse, tirará del caballo hacia la piedra tanto como la piedra lo haga hacia el caballo, e impedirá el progreso de uno tanto como avanza el otro.

Enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una reacción igual y opuesta".

En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.

Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

Más sobre leyes de newton

3. Fuerzas de fricción

¿Qué es la fuerza de rozamiento o de fricción?

Si empujas una bola sobre una superficie, esta terminará parándose en algún momento. ¿No contradice este fenómeno al Principio de Inercia?. Como no se le aplica ninguna fuerza, ¿No debería seguir moviéndose indefinidamente?

La cuestión a esa pregunta es bien sencilla. El hecho de que la bola se termine parando no contradice este Principio, ya que durante su movimiento existe una fuerza "invisible" que provoca que la velocidad de la pelota vaya disminuyendo: la fuerza de rozamiento. La bola al desplazarse sobre el suelo roza contra él y contra el aire. Este rozamiento produce una pareja de fuerzas que "tiran" en contra del movimiento. 

La fuerza de rozamiento o de fricción (FR−→) es una fuerza que surge por el contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento.

El rozamiento se debe a las imperfecciones y rugosidades, principalmente microscópicas, que existen en las superficies de los cuerpos. Al ponerse en contacto, estas rugosidades se enganchan unas con otras dificultando el movimiento. Para minimizar el efecto del rozamiento o bien se pulen las superficies o bien, se lubrican, ya que el aceite rellena las imperfecciones, evitando que estas se enganchen.

¿No has patinado nunca sobre un suelo recién pulido o encerado? ¿A que no tienes que hacer a penas fuerza para desplazarte bien lejos?

Características de la fuerza de rozamiento o de fricción

A grandes rasgos, las características de la fuerza de rozamiento se pueden resumir en los siguientes puntos:

Se opone al movimiento de un cuerpo que se desliza en contacto con otro. 

Depende de 2 factores:

la naturaleza de los materiales que se encuentran en rozamiento y el tratamiento que han seguido. Este factor queda expresado por un valor numérico llamado coeficiente de rozamiento o de fricción.

la fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, es decir, la fuerza normal.

¿Cómo se calcula la fuerza de rozamiento o de fricción?

Cuando el cuerpo está en reposo

La fuerza de rozamiento tiene el mismo módulo, dirección y sentido contrario de la fuerza horizontal (si existe) que intenta ponerlo en movimiento sin conseguirlo.

Cuando el cuerpo está en movimiento

Como la fuerza de rozamiento depende de los materiales y de la fuerza que ejerce uno sobre el otro, su módulo se obtiene mediante la siguiente expresión:

Fr=μ⋅N

donde:

FR es la fuerza de rozamiento

μ es el coeficiente de rozamiento o de fricción

N es la fuerza normal

Más información sobre  fuerzas de fricciónhttps://ue.aprendiendomas.com.bo/pluginfile.php/682/mod_book/chapter/3681/Fuerza%20de%20fricci%C3%B3n.pdf

Video de información sobre fuerza de rozamiento o de fricción

4. Aplicaciones de las leyes de Newton en máquinas utilizadas en beneficio sociocomunitario que implican fricción.

Leyes de Newton y su aplicación en la vida cotidiana

Las leyes de la física, y en especial las leyes de newton podemos observarlas diariamente, en la vida cotidiana, sin embargo para muchos pasan desapercibido por el desconocimiento de las mismas o porque pensamos que son demasiado compleja para aprender. Por eso en la clase de física hemos podido determinar esas aplicaciones y hoy queremos compartirlas.

1. PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE LA INERCIA.

ENUNCIADO: Todo cuerpo permanecerá quieto, o se moverá en línea resta con velocidad constante si no existe una fuerza externa que lo modifique. 

Aplicación

Una persona se encuentra situada en la parte posterior de un vehículo que se desplaza a una velocidad de 80km/h. Este vehículo al momento de girar hacia la derecha o la izquierda, producirá que el sujeto ubicado en la parte posterior tienda a seguir en línea recta (el movimiento que tenía), pero el roce de la superficie del asiento producirá que su movimiento no se prolongue exageradamente. Por tal motivo  cuando vamos en algún vehículo y este frena de manera abrupta sentimos que nos movemos hacia delante del asiento involuntariamente, y es que como mantenemos una velocidad constante (la que lleve el vehículo) y de repente éste frena (fuerza externa que modificó la velocidad) ya no poseemos una velocidad constante y se aplica la ley de la inercia. De ahí la importancia de usar el cinturón de seguridad.

2. SEGUNDA LEY DE NEWTON: LEY DEL MOVIMIENTO

Enunciado: Para que un cuerpo obtenga una aceleración, es necesario que sobre él actúe una fuerza externa, que es directamente proporcional con la fuerza resultante e inversamente proporcional a la masa. 

Aplicación 

Un ejemplo cotidiano de lo que se conoce como segunda ley de Newton puede ser algo tan simple como que dos sujetos, A y B en el cual A tiene mayor fuerza que B, y estos empujan una mesa, empujando el sujeto A hacia el Este y el sujeto B hacia el Norte. Al sumar las fuerzas obtendremos una fuerza resultante igual al movimiento y aceleración de la mesa. Por lo tanto la mesa se moverá en dirección Noreste pero con mayor inclinación hacia el Este ya que el sujeto A ejerce mayor fuerza que el sujeto B

3.TERCERA LEY DE NEWTON: LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN

Enunciado: A toda acción le corresponde una reacción de igual magnitud pero en sentido contrario

Aplicación

Un ejemplo para este caso puede ser un hombre que empuja una mesa. En este caso el hombre ejerce una fuerza f1 y la mesa en este caso reacciona y empuja a la persona con una fuerza f2. Para hacer más fácil entender este ejemplo, imagine que el sujeto y la mesa tienen la misma masa y están sobre una superficie lisa sin fricción, en este caso observaríamos que tanto la mesa como la persona se pondrían en un movimiento igual pero en sentido contrario

5. Dinámica rotacional en el cosmos y la Madre Tierra

Dinámica rotacional
Es el movimiento de cambio de orientación de un cuerpo o un sistema de referencia de forma que una línea (llamada eje de rotación) o un punto permanece fijo.
 Ejemplo: el giro de la Tierra sobre  su eje es un ejemplo de movimiento rotacional.

Video completo sobre dinámica de rotación

Más información sobre dinámica de rotación

https://ue.aprendiendomas.com.bo/pluginfile.php/682/mod_book/chapter/3684/Din%C3%A1mica%20de%20la%20rotaci%C3%B3n%20ok.pdf

6. Aplicación de las leyes de Kepler en el cosmos

¿QUÉ SON LAS LEYES DE KEPLER?

Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para describir matemáticamente el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.

PRIMERAS CONCEPCIONES DEL MOVIMIENTO PLANETARIO TEORÍA GEOCÉNTRICA

Fue enunciada por Claudio Ptolomeo, quien sostenía que todos los cuerpos celestes giraban alrededor de la Tierra describiendo orbitales circulares. Es decir, que se consideraba a la Tierra como el centro del Universo.

Fue enunciada por Nicolás Copérnico, quién sostenía que eran los planetas los que giraban alrededor del Sol. Años más tarde esa teoría fue apoyada por Galileo Galilei, quién utilizando su telescopio rudimentario también llegó a la conclusión que los planetas giraban alrededor del Sol.

LEYES DE KEPLER

El astrónomo alemán Johannes Kepler, entusiasmado por las ideas de Copérnico y utilizando los precisos datos astronómicos que sobre el planeta Marte había recogido Tycho Brahe, llegó a la conclusión de que las observaciones no se adaptaban a una trayectoria circular.

Dedujo que los datos encajaban para una elipse con el Sol situado en uno de sus focos, estableciendo la que se conoce como la primera ley de Kepler.

• 1RA. LEY DE KEPLER DE LAS ÓRBITAS

Los planetas giran alrededor del Sol describiendo orbitales elípticas, en uno de cuyos focos se encuentra el Sol.

Esta ley rompe con la ciencia antigua, según la cual el movimiento perfecto es el circular uniforme y por ello el de los planetas. No obstante, la diferencia de distancias entre los semiejes de la elipse es pequeña, por lo que las órbitas de los planetas se consideran circulares.

• 2DA. LEY DE KEPLER O LEY DE LAS ÁREAS

La línea que une el Sol con un planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales.

Así se explica el que el movimiento de los planetas no sea uniforme, estos van más rápido en la parte de la órbita que está más próxima al Sol que en la parte más alejada del mismo. De esta forma se rompe la creencia de la uniformidad del movimiento de los planetas.

• 3RA. LEY DE KEPLER O LEY DE LOS PERIODOS

Los cuadrados de los periodos del movimiento de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol.

Esta ley permite conocer las distancias relativas entre los planetas, ya que el tiempo que tarda un planeta en recorrer su órbita se conoce desde la antigüedad. También justifica el que los planetas más alejados al Sol tardan más tiempo en recorrer su órbita que los que están más cerca del mismo.

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