Dinámica de Cuerpos Rígidos

Dinámica de Cuerpos Rígidos

Se define la dinámica como la evolución que experimenta un sistema físico en el tiempo como la causa del movimiento en los cuerpos. Es por ello que la dinámica obedece estrictamente a la segunda ley de Newton. En donde está define la causa del movimiento, como un resultado de la aplicación de una fuerza sobre un cuerpo. La aplicación de dicha fuerza, hará que el cuerpo cambie de posición en el tiempo, experimentando movimiento uniforme o acelerado, es decir, que tendrá una velocidad y por ende una aceleración. Es aquí, que la segunda ley de newton establece el principio de movimiento como:

                        [pic 1]

El estudio de la dinámica en la vida cotidiana se ve muy bien reflejado, por ejemplo; el cambio de posición o velocidad que experimentan los automóviles pero, ¿Qué permite que el automóvil se mueva o cambie de velocidad o acelere? La respuesta a esta interrogante es la fuerza que ejerce el motor y que se distribuye a través de su sistema de distribución a las ruedas del automóvil. Esto permite, por lo tanto, que el automóvil, estando en contacto con una superficie rígida, pueda moverse y trasladarse.

Ahora bien, estos cambios físicos a causa de las fuerzas, los tipos de movimientos y el estudio de estos fenómenos físicos se conocen como mecánica. Y dentro de la mecánica existen también los términos de trabajo y energía.

La energía se define como la capacidad de la materia (y de las fuerzas que actúen sobre ella) de realizar trabajo en forma de movimiento. Por lo cual el tipo de energía que describe o fundamenta al movimiento, es la energía cinética, la cual se expresa como:

[pic 2]

Esta definición es validad para los cuerpos que experimentan movimientos de carácter rectilíneo, y que se mueven a través del espacio, es decir, cuerpos que se trasladan de un lugar a otro.

Existen además, cuerpos rígidos que giran (o rotan) respecto a un eje propio y característico y definido para que tal movimiento ocurra. Dicho movimiento se define como Rotación. Para este tipo de movimientos se aplican las mismas leyes físicas de la mecánica, salvo que la energía cinética de traslación será en función de una velocidad angular (w), y de la Inercia (I) (capacidad del cuerpo para oponerse al movimiento) que tendrá el cuerpo. Definiéndose de la siguiente forma:

[pic 3]

Ley de conservación de la energía

La ley de la conservación de la energía establece que: “La energía no se crea ni destruye, solo se transforma”. Esto quiere decir, que la energía que tendrán los cuerpos se va a transformar de un tipo (estado inicial) a otro tipo (estado final). Así, de esta manera se tiene:

[pic 4]

Los tipos de energía que tendrán los cuerpos en el estudio mecánico de la física son:

• Energía Potencial Gravitatoria.
• Energía Cinética de Traslación.
• Energía Cinética de Rotación (si es el caso).
• Energía Potencial Elástica.

[pic 5]

En la figura ilustrada se aprecia que la Energía Potencial Gravitatoria (que depende de la altura) se transforma y pasa a ser Energía Cinética.

                                        [pic 6][pic 7]

Existen casos, en el cual la Ley de la Conservación de la Energía no se cumple, “perdiéndose” un poco de energía en el proceso de movimiento del cuerpo. Dicha energía “perdida” es absorbida, como trabajo, por la fuerza de roce, que se opone al movimiento. Siendo dicho trabajo el factor entre la fuerza de roce y el desplazamiento que tiene el cuerpo:

[pic 8]

Lo cual, la ecuación de la Ley de la conservación de la Energía ya no quedaría expresada como está más arriba, sino que la energía final va a ser la diferencia entre la energía final y lo que absorbió la fuerza de roce como trabajo.

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