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Erwin Salas

Los conceptos y principios fundamentales de la mecánica.

Los conceptos fundamentales

Los cuatro conceptos fundamentales utilizados en la mecánica son espacio, tiempo, masa y fuerza1. No es fácil definir cuáles son estos conceptos. Más bien, uno “sabe” lo que son, y adquieren un significado preciso cuando aparecen en los principios y ecuaciones de la mecánica que se analizan más adelante.

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El concepto de espacio está asociado con la idea de la posición de un punto, que se describe utilizando coordenadas (x, y, z) relativas a un origen o como se ilustra en la Fig. 2.1.1.
y
partícula p

X
Figura 2.1.1: una partícula en el espacio
Sección 2.1
o
z

 

El tiempo en que ocurren los eventos debe registrarse si un material está en movimiento. El concepto de masa entra en las leyes de Newton (ver más abajo) y de esa manera se utiliza para caracterizar la relación entre la aceleración de un cuerpo y las fuerzas que actúan sobre ese cuerpo. Finalmente, una fuerza es algo que hace que la materia se acelere; representa la acción de un cuerpo sobre otro.

Los Principios Fundamentales

Las leyes fundamentales de la mecánica son las tres leyes del movimiento de Newton. Estos son:
Por fuerza resultante, uno significa la suma de las fuerzas individuales que actúan; la resultante se obtiene al dibujar las fuerzas individuales de extremo a extremo, en lo que se conoce como el vector

ley del polígono; Esto se ilustra en la Fig. 2.1.2, en la que tres fuerzas F, F, F
partícula única, lo que lleva a una fuerza resultante no nula2 F.
(una)
Sección 2.1 actuar sobre una
123
F1 F3F1 F FF •
F1
F2 F F3 F3
2 F2
(b) (c) (d)
Figura 2.1.2: la resultante de un sistema de fuerzas que actúan sobre una partícula; (a) tres fuerzas que actúan sobre una partícula, (b) construcción de la F resultante, (c) una construcción alternativa, que muestra que el orden en el que se dibujan las fuerzas es inmaterial, (d) la fuerza resultante que actúa sobre la partícula
Ejemplo (que ilustra la primera ley de Newton)
En la figura 2.1.3 se muestra un bote flotante. Se puede suponer que hay dos fuerzas que actúan sobre el barco. El primero es el peso del barco Fg. También hay una fuerza de flotación hacia arriba.
Fb ejercido por el agua sobre el barco. Si estas dos fuerzas son iguales y opuestas, la resultante de estas dos fuerzas será cero, y por lo tanto el barco permanecerá en reposo
no mover hacia arriba o hacia abajo).
La fuerza resultante que actúa sobre la partícula de la figura 2.1.2 no es cero, y en ese caso se aplica la segunda ley de Newton:
2 la construcción de la fuerza resultante puede considerarse también como un principio de la mecánica, en el sentido de que no está probada o derivada, sino que se toma como “dada” y se confirma por el experimento
Fg Fb
Figura 2.1.3: una fuerza resultante cero que actúa en un barco

Mecánica de sólidos Parte I 12 Kelly
La tercera ley de Newton:
cada fuerza (de “acción”) tiene una fuerza igual y opuesta (de “reacción”)
Fb (b)
Sección 2.1

La segunda ley de Newton:

 

Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la fuerza resultante y en la dirección de esta fuerza resultante:
F  ma (2.1.1)
donde 3 F es la fuerza resultante, a es la aceleración y m es la masa de la partícula. Las unidades de la fuerza son el Newton (N), las unidades de aceleración son metros por segundo al cuadrado (m / s2), y las de masa son el kilogramo (kg); Una fuerza de 1 N da una masa de 1 kg y una aceleración de 1 m / s2.
Si se eliminara el agua de debajo del bote de la figura 2.1.3, actuaría una fuerza resultante distinta de cero, y el bote aceleraría hacia abajo4.
Nuevamente, considerando el bote de la figura 2.1.3, el agua ejerce una fuerza de flotación hacia arriba en el bote, y el bote ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el agua. Esto se ilustra en la Fig. 2.1.4.
bote, (b) el bote ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el agua
Las leyes de Newton se utilizan en el análisis de los problemas más básicos y en el análisis de los problemas más avanzados y complejos. Aparecen de muchas formas y, a veces, aparecen ocultos, pero siempre están ahí en un problema de mecánica.

Mira cómo la mecánica se usa para crear un auto.

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