La dinámica es una rama de la mecánica que estudia las causas de los cambios en el movimiento mecánico. Esta ciencia estudia la relación entre las fuerzas que actúan sobre los objetos y los efectos que producirán sobre el movimiento que resulte de su acción.
El término dinámica proviene del griego y significa fuerza o poder.
En la mecánica clásica, estas causas son fuerzas. En la dinámica también intervienen conceptos tales como masa, impulso, momento angular, energía.
La dinámica basada en las leyes de Newton se llama dinámica clásica. La dinámica clásica describe el movimiento de los cuerpos con velocidades que van desde fracciones de milímetros por segundo hasta kilómetros por segundo.
Sin embargo, estos métodos ya no son válidos para el movimiento de objetos de tamaños muy pequeños (mecánica cuántica ) y para movimientos con velocidades cercanas a la velocidad de la luz (mecánica relativista). Tales movimientos están sujetos a otras leyes.
Esta rama de la física también estudia el movimiento de un medio continuo, es decir, cuerpos, líquidos y gases deformables.
Leyes de Newton: el fundamento de la dinámica
La dinámica clásica se basa en las tres leyes fundamentales de Isaac Newton que explica los efectos que se producirán sobre un cuerpo y los efectos de las fuerzas que se aplican sobre el mismo:
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Primera ley de Newton: Un cuerpo permanece en reposo o en un movimiento uniforme si ningún otro cuerpo actúa sobre él o su acción es compensada.
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Segunda ley de Newton: En los sistemas físicos inerciales de referencia, la aceleración que adquiere un punto material es directamente proporcional a la fuerza que la provoca, coincide con ella en dirección y es inversamente proporcional a la masa del punto material.
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Tercera ley de Newton: Las fuerzas con las que actúan los cuerpos entre sí están en la misma línea recta, tienen direcciones opuestas y módulos iguales.
Campos de estudio de la dinámica en física
La dinámica es un campo de la física que se divide en diferentes disciplinas. A continuación se muestran las más destacadas:
Dinámica de un punto
La dinámica de un punto se ocupa de estudiar la interacción de puntos materiales, que son cuerpos cuyas dimensiones pueden despreciarse en comparación con las dimensiones características del fenómeno en estudio. Se centra en analizar cómo las fuerzas actúan sobre estos puntos materiales y cómo estas fuerzas afectan su movimiento.
Dinámica de cuerpos rígidos
La dinámica de cuerpos rígidos se dedica al estudio de la interacción de cuerpos que son absolutamente rígidos.
Se considera que estos cuerpos no sufren deformaciones, lo que permite analizar su movimiento y las fuerzas que actúan sobre ellos de manera simplificada.
Dinámica de cuerpos deformables
La dinámica de cuerpos deformables abarca el estudio de cuerpos que pueden sufrir deformaciones bajo la acción de fuerzas externas.
Este campo analiza cómo las fuerzas aplicadas afectan la forma y el comportamiento mecánico de los cuerpos deformables, considerando aspectos como la elasticidad, la plasticidad y la resistencia de los materiales.
Dinámica de fluidos
La dinámica de fluidos se dedica al estudio del movimiento de los fluidos (líquidos y gases) y cómo interactúan entre sí y con los cuerpos sólidos. Se investigan fenómenos como el flujo laminar y turbulento, la conservación de masa y energía en un flujo, la viscosidad y la presión.
Este campo de la física también se conoce como mecánica de fluidos
Ejemplos de dinámica
A continuación se muestran algunos ejemplos de situaciones cotidianas en las que intervienen los conceptos de dinámica:
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Un automóvil acelerando: Cuando presionas el pedal del acelerador de un automóvil, se aplica una fuerza hacia adelante que impulsa el vehículo. La fuerza neta determinará la aceleración del automóvil, según la segunda ley de Newton.
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Un objeto en caída libre: Cuando dejas caer un objeto desde una altura, experimenta una aceleración debido a la fuerza gravitatoria. La fuerza gravitatoria actúa como la fuerza neta que acelera el objeto hacia abajo.
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Choques de billar: Al golpear una bola de billar con el taco, se aplica una fuerza que le transfiere momento lineal. Durante el choque, la transferencia de momento lineal y la interacción de las fuerzas entre las bolas involucradas siguen los principios de la tercera ley de Newton.
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Empujar un objeto sobre una superficie rugosa: Cuando aplicas una fuerza para empujar un objeto sobre una superficie rugosa, la fuerza de fricción actúa en dirección opuesta al movimiento y depende de las características de la superficie y la fuerza normal.
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El accionamiento de una turbina de vapor en una central nuclear: En el proceso de generación de energía nuclear, la dinámica de fluidos juega un papel fundamental en el proceso de convertir energía térmica en energía mecánica.
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Un globo aerostático utiliza los principios de la dinámica de fluidos pero también se puede calcular como un sólido rígido sometido a la fuerza de la gravedad.
