Definición de Dinámica

Evelyn Maitee Marín
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD

Dinámica

Desde el punto de vista de la Física, la dinámica es un área de esta ciencia que se encarga del estudio del movimiento de los cuerpos y las causas que lo originan. Es decir, se basa en modelos matemáticos y teóricos que permitan describir y analizar la evolución del movimiento de un cuerpo o sistema a lo largo del tiempo.

La dinámica se puede analizar desde diversas ramas de la Física; así, se tiene la dinámica de acuerdo con la mecánica clásica, la cual se sustenta en las leyes de Newton. También está la dinámica cuántica, que se basa, por ejemplo, en la mecánica hamiltoniana y ecuaciones como la de Schrödinger. Asimismo, encontramos a la dinámica relativista, que se desarrolló a partir de los postulados de Einstein para dar respuesta a problemas que implican movimientos a velocidades próximas a la de la luz.

Se puede decir, que en principio, todas estas ramas de la dinámica son una evolución o desarrollo que ha experimentado la dinámica clásica cuando no ofrece soluciones a situaciones o contextos particulares, o bien, que las respuestas que se obtienen, no satisfacen algún principio físico o no concuerda con los hallazgos experimentales.

La dinámica clásica

Para comprender los fundamentos matemáticos y teóricos de la dinámica, es recomendable comenzar por estudiar los conceptos de la dinámica clásica. A continuación se definen algunos de los elementos claves en esta área:

Fuerza: es el resultado de la interacción entre dos o más cuerpos, y dicha interacción puede ser por contacto (por ejemplo, la reacción normal, tensión de una cuerda o fuerza de roce), o a distancia (fuerza gravitatoria, fuerza magnética o fuerza eléctrica). Puesto que la dinámica clásica analiza el movimiento y su evolución a partir de las causas que lo producen, estas causas están asociadas a las fuerzas.

En la interacción por contacto se observa la tensión ejercida por la cuerda sobre el escalador, ya que para poderlo sostenerlo, requiere del contacto físico entre la persona y la cuerda. En la interacción a distancia se muestra un imán, el cual ejerce una fuerza magnética sobre los objetos con propiedades ferromagnéticas sin necesidad de tocarlos.

Diagrama de cuerpo libre: se trata de una representación gráfica donde se muestran las fuerzas externas reales que actúan sobre un cuerpo o sistema que se analiza. Este diagrama es una herramienta de gran utilidad al momento de aplicar las leyes de Newton.

Los diagramas de cuerpo libre (DCL) que se muestran a la derecha, indican las fuerzas que actúan sobre la caja gris y sobre el esquiador.

Inercia: propiedad que tienen los cuerpos de resistirse al cambio de estado de movimiento. Esta propiedad se relaciona directamente con la masa del objeto (masa inercial), es decir, a mayor masa, mayor será la oposición del cuerpo a modificar su estado de reposo o movimiento.

Partícula: es un punto geométrico al cual se le asocia una masa. Al ser representada como un punto, carece de dimensiones, de manera que las fuerzas aplicadas sobre una partícula siempre serán concurrentes, y además, el único movimiento que pueden experimentar es el de traslación.

Las leyes de Newton

Isaac Newton fue un matemático y físico de origen inglés, nacido en 1642 y considerado el padre de la mecánica clásica, cuyas leyes fueron publicadas por Newton en 1687 en una obra titulada Principios matemáticos de la filosofía natural, y aún en la actualidad, siguen ofreciendo resultados aceptables para una gran cantidad de fenómenos que implican movimientos a velocidades muy por debajo de la velocidad de la luz, por ejemplo, un vehículo, una persona caminando, un avión, etc.

Primera Ley de Newton

Esta ley se conoce como ley de inercia, y enuncia que todos los cuerpos permanecerán en su estado de reposo, o movimiento a velocidad constante, a menos que sobre ellos actúe una fuerza externa desequilibrada que lo obligue a cambiar su condición de reposo o movimiento.

Desde el punto de vista físico, si al analizar una partícula se observa que se encuentra en equilibrio (ya sea estático o dinámico), se concluye que la sumatoria de las fuerzas externas (llamada fuerza resultante) es nula; esto es:

\(\sum \vec F = \vec 0\) (Para un cuerpo en equilibrio)

Segunda ley de Newton

Cuando la sumatoria de todas las fuerzas externas que actúa sobre una partícula o sistema es diferente de cero, se dice que dicho sistema de fuerzas se encuentra desequilibrado, y en consecuencia, la partícula acelera en la dirección y sentido que indique el vector de la fuerza resultante.

De forma simplificada, la segunda ley de Newton plantea que la magnitud de la aceleración de una partícula es directamente proporcional a la fuerza resultante aplicada e inversamente proporcional a su masa, es decir:

\(\sum \vec F = m\vec a\) (Para un cuerpo con aceleración)

Tercera ley de Newton

También llamada ley de acción y reacción, esta ley plantea que siempre que se aplique una fuerza sobre un cuerpo, se genera como consecuencia inmediata otra fuerza de igual magnitud y sentido contrario.

Esto significa que las fuerzas en el universo se presentan en pares, es decir, para cada acción, siempre hay una reacción igual y opuesta actuando sobre cuerpos diferentes.

La fuerza que le aplica el puño de la persona a la pieza de papel que está sobre una superficie (\({\vec F_{1/2}}\) en rojo), es la misma fuerza que le aplica la pieza de papel al puño de la persona (\({\vec F_{2/1}}\) en azul), pero en sentido contrario.

Por: Evelyn Maitee Marín. Ingeniera industrial con maestría en Ciencias aplicadas de Física y doctorado en Ciencias de la Educación. Profesora de la Universidad del Zulia.

Art. actualizado: Sept. 2022; sobre el original de abril, 2009.

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