SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE FUERZAS
SISTEMAS DINÁMICOS
Como hemos visto a través del curso, en la naturaleza todo está en movimiento determinado por el cambio de la entropía (segunda ley de la termodinámica); quizás esta es la razón de nuestra percepción del paso del tiempo. Sin embargo en este curso de física es necesario definir claramente cuando un cuerpo se mueve o está en reposo relativo.
Para este curso definiremos tres situaciones que se pueden presentar en la solución de problemas.
Caso 1 El cuerpo está en reposo: Aunque el reposo es relativo, decimos que un cuerpo está en reposo cuando su velocidad es cero.
Caso 2 El cuerpo se mueve con velocidad constante: Es decir la velocidad no se altera a través del tiempo.
Caso 3 El cuerpo se mueve cambiando su velocidad: Es decir la velocidad aumenta o disminuye a través del tiempo, en este caso es un movimiento con aceleración.
Para resolver problemas de dinámica es fundamental identificar cuál de los tres casos anteriores se presenta, adicionalmente recordemos:
Nota 1
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Todas las fuerzas son magnitudes vectoriales; las cuales se representan por medio de un vector, que recordemos tienen tres características: (magnitud, dirección y sentido).
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Para resolver problemas de dinámica es fundamental saber sumar vectores ( ver vectores ); y conocer por cada fuerza: qué es, cuando aparece en un problema de fisica y como se gráfica.
Nota 2
En todo plano inclinado; la superficie del plano, pasa por el eje "x", y la proyección de la fuerza normal, pasa por el eje "y". Además el valor del ángulo de la base del plano, es igual al valor del ángulo formado por el peso y el eje "y".
Nota 3
Cuando aparecen sistemas dinámicos con dos o más masas, es necesario realizar un diagrama de cuerpo libre; el cual consiste en graficar de forma individual, y por separado las fuerzas que intervienen en el sistema para cada masa o nudo, ya que los nudos en una cuerda cambia las tensiones.
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SUGERENCIAS PARA RESOLVER PROBLEMAS DE DINÁMICA
Paso 1 Identificar el sentido del movimiento del o los cuerpos presentes en el problema; si el cuerpo está en reposo y no es posible determinar la dirección de movimiento se elige aleatoriamente.
Paso 2 Determinar las fuerzas que están presentes en cada masa o nudo; si lo hay. (ver nota 1)
Paso 3 Realizar el diagrama de cuerpo libre para cada masa o nudo por separado, que haya en el sistema. (ver nota 3)
Paso 4 Plantear las ecuaciones de movimiento (sumatoria de fuerzas o vectores) para cada masa o nudo por separado, eligiendo el signo positivo en la dirección del movimiento que se eligió en el paso 1, y teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones:
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Si el sistema está en reposo (caso1) o se mueve con velocidad constante (caso2); las ecuaciones de movimiento se igualan a cero es decir:
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Si el sistema está acelerado (caso3) o está cambiando su velocidad; las ecuaciones de movimiento se igualan a masa por aceleración es decir:
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Si el cuerpo está describiendo una trayectoria curva o circular; se elige el sentido positivo hacia el centro de la curva y las ecuaciones de movimiento se igualan a la fuerza centrípeta, es decir:
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Cuando se esté sumando fuerza gravitacional o fuerza eléctrica entre cargas; la suma es vectorial.
Paso 5 Resolver el sistema de ecuaciones en busca de lo solicitado por el problema por cualquier método de solución de ecuaciones, (sustitución, igualación, etc).
Paso 6 Después de haber obtenido la ecuación del paso anterior, reemplazo los valores numéricos dados en el problema.
