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Ensayo de la dinámica de la física y las leyes de conservación...

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Física Básica Dinámica y leyes de conservación Profesor:

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04 de noviembre del 2020

Introducción En esta ocasión, voy a dedicar este ensayo al estudio de los temas que conforman la segunda etapa del curso de Física básica, los cuales tratan sobre la dinámica y las leyes de la conservación; lograremos comprender muchos conceptos nunca vistos de la materia y aprenderemos muchas cosas. Para iniciar, debemos saber que según la Real Academia Española (RAE) existen seis significados del término dinámica, lo que demuestra la diversidad de acepciones del concepto. Puede tratarse de algo vinculado a la fuerza cuando genera algún tipo de movimiento; de la estructura de fuerzas que se orientan hacia una meta; de la intensidad que puede llegar a alcanzar una actividad o acción ; o de la rama de la mecánica que se encarga de los principios que regulan el movimiento de acuerdo a las fuerzas que lo generan. Más adelante analizaremos el mismo significado, pero especializado en el área de la física.

Resumen La mecánica clásica es el estudio de todas las fuerzas físicas que dan lugar al fenómeno

del

movimiento

en

los

cuerpos. Existen

varias

formulaciones

diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la mecánica clásica que describen un mismo fenómeno natural. La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también se le conoce con el gentilicio de newtoniana. El análisis y síntesis de fuerzas y momentos, constituye el método básico de la mecánica vectorial. La mecánica analítica, sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se toman como fundamentos primeros principios generales, y que a partir de estos principios se obtengan

analíticamente

las

ecuaciones

de

movimiento.

Leyes de Newton: La ley de la inercia o primera ley postula que un cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento recto con una velocidad constante, a menos que se aplique una fuerza externa. La ley fundamental de la dinámica, segunda ley de Newton o ley fundamental postula que la fuerza neta que es aplicada sobre un cuerpo

es proporcional a la aceleración que adquiere en su trayectoria. El postulado de la tercera ley de Newton dice que toda acción genera una reacción igual, pero en sentido opuesto. Leyes de la conservación: Ley de conservación de la energía, según este principio, la cantidad total de energía de un sistema físico se mantiene invariable con el tiempo, no obstante, esta energía puede transformase en otra energía. Ley de conservación del momento lineal, la cantidad de movimiento dentro de un sistema tiene que permanecer constante debido al principio de conservación del momento lineal, es decir, la suma de los vectores de todos los cuerpos de un sistema tiene que permanecer siempre constante. Ley de conservación del momento angular, se debe cumplir que la suma de todos los vectores de los momentos angular de los cuerpos de un sistema tiene que permanecer constante. Ley de conservación de la carga eléctrica, establece que la carga se tiene que mantener constante conservándose la carga total, no puede haber destrucción ni creación de ninguna carga eléctrica dentro de un sistema de partículas

Dinámica La dinámica es el aspecto de la física que se dedica a analizar y describir cómo evoluciona un sistema en un cierto periodo temporal según aquellas causas que producen cambios en su estado. El objetivo de la dinámica, en este sentido, es explicar y cuantificar cuáles son los factores que pueden generar un cambio en un sistema físico. A través de diversas ecuaciones, de este modo, los físicos pueden estimar cómo evolucionará un sistema dinámico. La mecánica clásica La mecánica clásica es el estudio de todas las fuerzas físicas que dan lugar al fenómeno del movimiento en los cuerpos. Su rango de estudio no abarca toda la realidad, sino que está limitado tanto por escalas muy pequeñas como muy grandes. Desde un punto de vista práctico e histórico puedes considerar a la mecánica clásica como la base de la física, ya que fue la primera rama que se enunció formalmente; por lo que es extremadamente importante.

Existen varias formulaciones diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la mecánica clásica que describen un mismo fenómeno natural. Independientemente de aspecto formales y metodológicos, llegan a la misma conclusión. 

La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también se le conoce con el gentilicio de newtoniana. Se basa en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relación causal: la fuerza y la acción de la fuerza, medida por la variación del movimiento. El análisis y síntesis de fuerzas y momentos, constituye el método básico de la mecánica vectorial.

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La mecánica analítica, sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas, pero ahora escalares, que son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analíticamente las ecuaciones de movimiento.

Leyes de Newton 1. Primera ley: Un cuerpo se mueve a una velocidad constante (o esta parado) siempre y cuando no actúe una fuerza sobre él. Es decir, que solo las fuerzas conocidas del sistema pueden cambiar la velocidad de un cuerpo. Esta ley, por lo tanto, establece que la variación de la velocidad de los objetos y las fuerzas conocidas del sistema están relacionadas. 2. Segunda ley: La aceleración de un objeto multiplicado por su masa (que se supone constante) es igual a la suma de todas las fuerzas aplicadas sobre el objeto. Esta ley, nos explica que existe una relación cuantitativa entre las fuerzas que aplicamos a un objeto y como este varía de velocidad (a mayor fuerza en un sentido mayor aceleración en ese sentido).

3. Tercera ley: Cuando dos cuerpos interaccionan entre sí se ejercen dos fuerzas opuestas y de la misma magnitud; una en la dirección del cuerpo A hacia el cuerpo B y otra al revés. Esta ley, nos sirve para entender que todas las fuerzas se aplican por pares, o lo que es lo mismo, que una fuerza aplicada sobre un objeto nunca está aislada, sino que se genera a su vez una segunda fuerza como respuesta.

Leyes de la conservación Las leyes de conservación son las leyes físicas que postulan que durante la evolución temporal de un sistema aislado, ciertas magnitudes tienen un valor constante. Puesto que el universo entero constituye un sistema aislado, se le pueden aplicar diversas leyes de conservación. Ley de conservación de la energía Llamamos energía a la capacidad de producir trabajo. Sabemos que existen muchas clases y que además se pueden transformar. Pero estas transformaciones sólo pueden llevarse a cabo siempre y cuando cumplan el primer principio fundamental de la termodinámica: el principio de conservación de la energía. Según este principio, la cantidad total de energía de un sistema físico se mantiene invariable con el tiempo, no obstante, esta energía puede transformase en otra energía. Es decir, de una forma coloquial y usada por todos: “la energía ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma”. Ley de conservación del momento lineal Llamamos cantidad de movimiento o momento lineal a la magnitud física vectorial que usamos para describir el movimiento de un objeto. Sea p la cantidad de movimiento, se calcula realizando el producto de la masa del objeto por su velocidad en un instante determinado: p=mv. La cantidad de movimiento dentro de un sistema tiene que permanecer constante debido al principio de conservación del momento lineal, es decir, la suma de los vectores de todos los cuerpos de un sistema tiene que permanecer

siempre constante. Lo que supone que no pueden darse ningún tipo de interacciones dentro del sistema, ya que no se puede cambiar. Ley de conservación del momento angular Llamamos momento angular o momento cinético de un objeto de masa m, a una velocidad v, y cuyo vector de posición es r, al producto vectorial del vector posición por la cantidad de movimiento (que ya hemos definido como p=mv). El momento angular lo vamos a denotar por L, por tanto, L= r x p = r x (mv). Esta magnitud está relacionada con los movimientos rotacionales. El momento angular es, al igual que la cantidad de movimiento, un vector. Por tanto debe cumplir que la suma de todos los vectores de los momentos angular de los cuerpos de un sistema tiene que permanecer constante, esto es debido al principio de conservación del momento angular. Ley de conservación de la carga eléctrica La carga eléctrica es una propiedad que existe en algunas partículas subatómicas, de tal forma que debido a ella se producen atracciones y repulsiones que dan lugar a las interacciones electromagnéticas. Además, la carga eléctrica mide la capacidad que tiene una partícula a la hora de intercambiar fotones. La carga eléctrica también se rige por un principio, el principio de conservación de la carga, el cual establece que la carga se tiene que mantener constante conservándose la carga total, no puede haber destrucción ni creación de ninguna carga eléctrica dentro de un sistema de partículas. En el caso de los procesos de electrización, puede ocurrir que aparezcan cargas aunque antes no las hubiera, pero esto se produce siempre de modo que la carga total se conserve (si una carga se ha creado será porque una o varias se habrán destruido).

Conclusión

Todos estos temas estuvieron super conectados, ya que la dinámica es una rama de la mecánica clásica y las leyes de Newton son también denominadas las leyes de la mecánica clásica, fueron temas muy sencillos y básicos. Entonces quedamos en que la dinámica nos sirve para explicar los factores que pueden generar un cambio en un sistema físico. La mecánica clásica es el estudio de todas las condiciones que nos llevan a un cambio o fenómeno físico de movimiento, y a su vez se divide en dos tipos, vectorial que se basa en el tratamiento de la fuerza y su acción, medida por la variación del movimiento; y en la analítica se toman como fundamentos primeros principios generales y que a partir de estos principios se obtengan analíticamente las ecuaciones de los movimientos. Las leyes de Newton son 3; la primera es la ley de la inercia y postula que un cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento recto con una velocidad constante; la segunda es la ley fundamental de la dinámica, y postula que la fuerza neta que es aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere en su trayectoria; y la tercera dice que toda acción genera una reacción igual, pero en sentido opuesto. En cuanto a leyes de conservación, platicamos sobre 4 que son las de energía, del momento lineal, angular y el de la carga eléctrica.

Referencias bibliográficas https://sites.google.com/site/fisicatyc/contenido-tematico/mecaniclasica https://es.wikipedia.org/wiki/Cantidade_movimiento#ConservaciC3%B Libro Física Volumen 1 de Resnik, Halliday y Krane...