mecánica clásica newtoniana
historia de la mecánica clásica
significado
La mecánica clásica es la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos físicos microscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.
En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: el tiempo es absoluto, la naturaleza realiza de forma espontánea la mínima acción y la concepción de un universo determinado.
nacimiento de la mecánica clásica
Tras el nacimiento de la Mecánica en su sentido moderno, con Galileo y
Newton, no había una “clásica” y otras, puesto que únicamente existía
una sola. Tras la aparición de la Teoría Especial de la Relatividad de
Albert Einstein a principios del siglo XX, empezó a hablarse por un lado
de Mecánica Clásica –refiriéndose a la de Newton– y por otro de Mecánica Relativista
–para referirse a la de Einstein–. Sin embargo, a pesar de que la
relatividad einsteinana suponía un cambio respecto a la Mecánica de
Newton, muy pronto llegaría otra revolución aún mayor - la Mecánica Cuántica, que es el verdadero cambio de paradigma en esta importantísima parte de la Física.
De modo que el término Mecánica Clásica puede significar
básicamente dos cosas, según a qué “Mecánica Moderna” se contraponga.
Para algunos existe la Mecánica Clásica, la Mecánica Relativista y la
Mecánica Cuántica, mientras que para otros la relatividad de Einstein es
más un refinamiento de la teoría newtoniana que una auténtica
revolución, con lo que la Mecánica Clásica se contrapone a la Mecánica
Cuántica e incluye, como culmen, la Mecánica Relativista de Albert
Einstein. Hace años era más común la primera distinción, mientras que
últimamente se está extendiendo más la segunda.
Galileo Galilei (izquierda) e Isaac Newton (derecha), padres de la Mecánica.
noción de movimiento de un cuerpo
El movimiento, para la mecánica, es un fenómeno físico que implica el cambio de posición de un cuerpo
que está inmerso en un conjunto o sistema y será esta modificación de
posición, respecto del resto de los cuerpos, lo que sirva de referencia
para notar este cambio y esto es gracias a que todo movimiento de un
cuerpo deja una trayectoria
El movimiento siempre es un cambio de posición respecto del tiempo. Por
consiguiente, no es posible definir al movimiento si no se lo hace en un
contexto definido, tanto en términos del espacio como del marco
temporal
El movimiento se ha estudiado desde épocas antiguas, y llamó la
atención de los grandes filósofos griegos y romanos. Desde entonces
este estudio tiende a representar el movimiento mediante gráficas, atendiendo a las particularidades de las ecuaciones usadas para describirlo.
Actualmente, la rama de la física que estudia el movimiento es la cinemática, aunque también la dinámica. Sin embargo, la encargada de postular las leyes del funcionamiento de dicho fenómeno fue la mecánica, en sus tres vertientes: clásica (o newtoniana), relativista y cuántica
MODELOS DE LA MECÁNICA CLÁSICA
isaac newton
La mecánica es la parte de la física que estudia el movimiento. Se subdivide en:
- Estática, que trata sobre las fuerzas en equilibrio mecánico.
- Cinemática, que estudia el movimiento sin tener en cuenta las causas que lo producen.
- Dinámica, que estudia los movimientos y las causas que los producen (fuerza y energía).
MODELO ATÓMICO DE BOHR
El físico alemán E. Goldstein en 1886 realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales.
El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas de carga positiva y que tenían una masa distinta según cual fuera el gas que estaba encerrado en el tubo. Esto aclaró que las partículas salían del seno del gas y no del electrodo positivo.
Al experimentar con hidrógeno se consiguió aislar la partícula elemental positiva o protón, cuya carga es la misma que la del electrón pero positiva y su masa es mucho mayor.
La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables, que se denominan átomos.
Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí (presentan igual masa e iguales propiedades).
Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades.
Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla.
Un espectro no es más que la separación de las diversas radiaciones sencillas que integran una radiación compleja.
Cuestiones a destacar:
- No hay emisión de fotoelectrones si la frecuencia de la radiación incidente es inferior a un valor determinado. Esta frecuencia depende del tipo de metal y se denomina frecuencia umbral.
- La energía cinética máxima de los fotoelectrones solo depende de la frecuencia de la radiación incidente, no de su intensidad. Es decir, depende de la energía de los fotones incidentes, pero no de la cantidad de fotones que inciden sobre el metal.
- Cuanto mayor sea la intensidad de la radiación incidente, mayor será el número de fotoelectrones emitidos, siempre que la radiación incidente tenga una frecuencia más elevada que a frecuencia umbral.
Se sabe que los átomos sí pueden dividirse y alterarse.
TEORÍA ATÓMICA DE DALTON
En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y Demócrito. Según la teoría de Dalton:
1) Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas e indivisibles, llamadas átomos, que no se alteran en los cambios químicos.
2) Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.
3) Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante. Por ejemplo, el agua está formada por 2 átomos del elemento hidrógeno y 1 átomo del elemento oxígeno.
 Símbolos usados por Dalton para representar a los elementos  Hoy sabemos que ninguno de estos tres puntos es completamente cierto; sin embargo, Dalton contribuyó enormemente a entender cómo estaba formada la materia. |
:
espacio, tiempo, masa y fuerza
ESPACIO
El espacio físico es el lugar donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativas.1 El espacio físico es habitualmente concebido con tres dimensiones lineales, aunque los físicos modernos usualmente lo consideran, con el tiempo, como una parte de un infinito continuo de cuatro dimensiones conocido como espacio-tiempo, que en presencia de materia es curvo. En matemáticas se examinan espacios con diferente número de dimensiones y con diferentes estructuras subyacentes. El concepto de espacio es considerado de fundamental importancia para una comprensión del universo físico aunque haya continuos desacuerdos entre filósofos.
El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos. El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica a esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado.
En mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente") son relativos al observador, salvo que se produzcan en el mismo lugar del espacio; por ejemplo, un choque entre dos partículas.
masa
En física, masa (del latín massa) es una magnitud que expresa la cantidad de materia de un cuerpo, medida por la inercia de este, que determina la aceleración producida por una fuerza que actúa sobre él.1 Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg).2
fuerza
la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas.
Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.
El primer físico en describir el concepto de fuerza fue Arquímedes, aunque sólo lo hizo en términos estáticos. Galileo Galilei le otorgó la definición dinámica, mientras que Isaac Newton fue quien pudo formular en forma matemática la definición moderna de fuerza.
Leyes de Newton
1ª ley o
Principio de Inercia
|
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
 |
2ª ley o
Principio Fundamental de la Dinámica
|
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.
+%5C%5C+m%3Dmasa+(kg)+%5C%5C+a%3Daceleracion+(m/s%5E2)+++%5Cend%7Bcases%7D+&bg=ffffff&fg=000000&s=0)  |
3ª ley o
Principio de Acción-Reacción
|
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
 |
sistemas de referencia inercial y transformaciones de galileo
Una transformación de Galileo es un cambio de coordenadas y velocidades que deja invariante las ecuaciones de Newton. La condición anterior equivale a que la transformación entre las coordenadas de un sistema de referencia inercial y otro sistema inercial que se mueve respecto al primero sea también una transformación de Galileo.
Se denomina invariancia galileana al hecho derivado del principio de relatividad según el cual las leyes fundamentales de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
El término invariancia galileana usualmente se refiere a este principio aplicado a la mecánica newtoniana, en la cual las longitudes y tiempos no son afectados por el cambio en la velocidad, lo cual es descrito matemáticamente por una transformación galileana.
Se denomina invariancia galileana al hecho derivado del principio de relatividad según el cual las leyes fundamentales de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
El término invariancia galileana usualmente se refiere a este principio aplicado a la mecánica newtoniana, en la cual las longitudes y tiempos no son afectados por el cambio en la velocidad, lo cual es descrito matemáticamente por una transformación galileana.
Simon Stevin fue un físico y matemático Belga que concentró sus investigaciones en los campos de la estática y de la hidrostática a finales del siglo XVI y desarrolló estudios también en el campo de la geometría vectorial.
Entre otras cosas, el demostró, experimentalmente, que la presión ejercida por un fluido depende exclusivamente de su altura. La ley de Stevin está relacionada con verificaciones que podemos realizar sobre la presión atmosférica y la presión en los líquidos. Como sabemos, de los estudios en el campo de la hidrostática, cuando consideramos un líquido cualquiera que está en equilibrio, tenemos magnitudes importantes a observar, tales como:
- Masa específica (densidad)
- Aceleración gravitatoria local (g)
- Altura de la columna de líquido (h)
Es posible describir la presión para dos puntos diferentes de la siguiente forma:
PA = d g hA
PB = d g hB
PB = d g hB
transmibilidad y superposición de causa y efectos
transmisibilidad
El principio de transmisibilidad de fuerzas indica que la situación de equilibrio o de movimiento de un cuerpo rígido no cambia si una fuerza determinada que actúa sobre un punto concreto del cuerpo es reemplazada por otra. Para que esto se considere así deben cumplirse dos premisas.
Limitaciones
El principio de transmisibilidad presenta algunas limitaciones. La primera y más evidente es en el caso de que la fuerza o fuerzas aplicadas actúen sobre un cuerpo deformable. En ese caso, la deformación del cuerpo será diferente en función del punto de aplicación de las fuerzas.
superposicion
El principio de superposición o teorema de superposición es una herramienta matemática que permite descomponer un problema lineal en dos o más subproblemas más sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposición" o "suma" de estos subproblemas más sencillos
diagrama de cuerpo libre
Un diagrama de cuerpo libre muestra a un cuerpo aislado con todas las fuerzas (en forma de vectores) que actúan sobre él (incluidas, si las hay, el peso, la normal, el rozamiento, la tensión, etc). No aparecen los pares de reacción, ya que los mismos están aplicados siempre en el otro cuerpo.
 | Un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo aislado, es útil en problemas que impliquen equilibrio de fuerzas. Los diagramas de cuerpo libre son útiles para establecer problemas mecánicos estándares. |
ley de la gravitación universal
La Ley de Gravitación Universal es una de las leyes físicas formuladas por Isaac Newton
Describe la interacción gravitatoria entre cuerpos dotados de masa, y establece una relación proporcional de la fuerza con que esos cuerpos se atraen el uno al otro.
Para formular esta ley, Newton dedujo que la fuerza con que dos masas se atraen es proporcional al producto de sus masas dividido entre a distancia que los separa al cuadrado. Estas deducciones son el resultado de la comprobación empírica mediante la observación, así como del genio matemático del científico inglés
Enunciado de la Ley de Gravitación Universal
Describe la interacción gravitatoria entre cuerpos dotados de masa, y establece una relación proporcional de la fuerza con que esos cuerpos se atraen el uno al otro.
Para formular esta ley, Newton dedujo que la fuerza con que dos masas se atraen es proporcional al producto de sus masas dividido entre a distancia que los separa al cuadrado. Estas deducciones son el resultado de la comprobación empírica mediante la observación, así como del genio matemático del científico inglés
Enunciado de la Ley de Gravitación Universal
El enunciado formal de esta ley newtoniana reza que
“
La fuerza con que se atraen dos objetos es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”.
Esto significa que dos cuerpos cualquiera se atraen con una fuerza mayor o menor según su masa sea mayor o menor, y según la distancia entre ellos también lo sea.
la metrologia en la mecanica clasica
La metrología es la ciencia de las mediciones, toma en cuenta los métodos y los medios usados en todas las actividades de la vida para garantizar la uniformidad y exactitud requeridas en las mediciones realizadas.
La metrología expone la realidad en la que vivimos a través del estudio de las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y las interacciones entre ellos, expresando las leyes que rigen estos fenómenos con modelos y fórmulas matemáticas deducidas a partir de observaciones y medidas realizadas según el método científico.
Instrumentos de Medición Mecánica se utiliza para la realización práctica de mediciones de magnitudes mecánica, hay una gran variedad de instrumentos que se usa para comparar , ya que Toda tarea mecánica lleva consigo la necesidad de tomar medidas de las piezas y trabajos que se están realizando, con Precisión y Exactitud, de expresar correctamente los resultados de las medidas y cálculos, , por lo que existen un conjunto básico de los mismo:
Micrómetro:
Es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir con alta precisión del orden de centésimas en milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001 mm) (micra)las dimensiones de un objeto.
Pie de rey:
El calibre o pie de rey, es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetros o hasta 1/20 de milímetro).
Regla:
Es un instrumento de medición, construida de metal, madera o material plástico, que tiene una escala graduada y numerada en centímetros y milímetros y su longitud total rara vez supera el metro de longitud.
Reloj comparador:
Es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas ya que por sus propios medios no da lectura directa, pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar
Goniómetro:
Es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos, comprobación de conos, y puesta a punto de las máquinas-herramientas de los talleres de mecanizado.
Cinta métrica:
Es un instrumentos de medición que se construye en una delgada lámina de acero al cromo, o de aluminio, o de un tramado de fibras de carbono unidas mediante un polímero de teflón (las más modernas). Las cintas métricas más usadas son las de 10, 15, 20, 25, 30, 50 y 100 metros.
Compases:
Son instrumentos de medición de variados usos y diversas formas.Como elementos de comprobación se usan principalmente el compás de espesor y el de interior. Se usan especialmente para comprobar paralelismos.
Manómetro:
El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. En la mecánica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.
Galgas:
Se llama galga o calibre fijo a los elementos que se utilizan en el mecanizado de piezas para la verificación de las cotas con tolerancias estrechas cuando se trata de la verificación de piezas en serie. La galga también es una unidad de medida, ésta es utilizada para indicar el grosor (espesor) de materiales muy delgados o extremadamente finos; la galga se define como el grosor de un objeto expresado en micras multiplicado por 4.
Comentarios