La mecánica es la rama de la física que se ocupa del movimiento de los objetos. Comprender la mecánica es fundamental para cualquier futuro científico, ingeniero o humano curioso que quiera descubrir, por ejemplo, la mejor manera de sostener una llave inglesa al cambiar un neumático.
Los temas comunes en el estudio de la mecánica incluyen las leyes de Newton, fuerzas, cinemática lineal y rotacional, impulso, energía y ondas.
Las leyes de Newton
Entre otras contribuciones, Sir Isaac Newton desarrolló tres leyes de movimiento que son cruciales para comprender la mecánica.
Newton también formuló la ley universal de la gravitación, que ayuda a describir la atracción entre dos objetos y las órbitas de los cuerpos en el espacio.
Las Leyes de Newton hacen un buen trabajo prediciendo el movimiento de objetos que las personas a menudo se refieren a sus leyes y a las predicciones basadas en ellas como mecánica newtoniana o mecánica clásica. Sin embargo, estos cálculos no describen con precisión el mundo físico en todas las condiciones, incluso cuando un objeto viaja cerca de la velocidad de la luz o trabaja en una escala increíblemente pequeña: la relatividad especial y la mecánica cuántica son campos que permiten a los físicos estudiar el movimiento en el universo más allá de lo que Newton podría investigar. Las fuerzas causan el movimiento. Una fuerza es esencialmente un empuje o un tirón. Los diferentes tipos de fuerzas que seguramente encontrará un estudiante de secundaria o universitario introductorio incluyen: fuerzas gravitacionales, de fricción, de tensión, elásticas, aplicadas y de resorte. Los físicos dibujan estas fuerzas que actúan sobre objetos en diagramas especiales llamados diagramas de cuerpo libre Las leyes de Newton nos dicen que una fuerza neta hará que un objeto cambie su velocidad, lo que puede significar su la velocidad cambia o Una fuerza neta La cinemática es una rama de la física que permite describir el movimiento simplemente aplicando un conjunto de ecuaciones. La cinemática no se refiere en absoluto a las fuerzas subyacentes, la causa del movimiento. Esta es la razón por la cual la cinemática también se considera una rama de las matemáticas. Hay cuatro ecuaciones cinemáticas principales, que a veces se llaman ecuaciones de movimiento. Las cantidades que se pueden expresar en las ecuaciones cinemáticas describa line__ar motion Otros dos temas que caen en la rama mecánica de la física son el impulso y la energía. Ambas cantidades están conservadas, lo que significa que, en un sistema cerrado, la cantidad total de impulso o energía no puede cambiar. Nos referimos a este tipo de leyes como leyes de conservación. Otra ley de conservación común, generalmente estudiada en química, es la conservación de la masa. Las leyes de conservación de la energía y la conservación del momento permiten a los físicos predecir la velocidad, el desplazamiento y otros aspectos del movimiento de varios objetos que interactúan. uno con el otro, como una patineta rodando por una rampa o bolas de billar chocando. El momento de inercia es un concepto clave para comprender el movimiento de rotación de diferentes objetos. Es una cantidad basada en la masa, el radio y el eje de rotación de un objeto que describe lo difícil que es cambiar su velocidad angular; en otras palabras, lo difícil que es acelerar o ralentizar su rotación. Nuevamente, dado que el movimiento rotacional es análogo al movimiento lineal, el momento de inercia es análogo al concepto lineal de inercia, como lo establece la primera ley de Newton. Más masa y un radio mayor le dan a un objeto un mayor momento de inercia, y viceversa. ¡Rodar una bala de cañón extra grande por un pasillo es más difícil que rodar una pelota de voleibol! Las ondas son un tema especial en física. Una onda mecánica se refiere a una perturbación que transfiere energía a través de la materia: una onda de agua o una onda de sonido son ejemplos. El movimiento armónico simple es otro tipo de movimiento periódico en el que una partícula u objeto oscila alrededor de un punto fijo. . Los ejemplos incluyen un péndulo de ángulo pequeño que se balancea hacia adelante y hacia atrás o un resorte en espiral que rebota hacia arriba y hacia abajo como se describe en Ley de Hooke Las cantidades típicas que usan los físicos para estudiar las ondas y el movimiento periódico son períodos, frecuencia, velocidad de onda y longitud de onda. Las ondas electromagnéticas, o luz, son otro tipo de onda que puede atravesar el espacio vacío porque la energía no es transportada por la materia, sino por campos oscilantes. ( Oscilación La física es una ciencia muy matemática. Resolver problemas mecánicos requiere conocer: El alcance de un curso de física de secundaria o universidad introductoria generalmente incluye dos niveles de dificultad para analizar situaciones de mecánica : mirando el movimiento unidimensional (más fácil) y el movimiento bidimensional (más difícil). El movimiento en una dimensión significa que el objeto se mueve en línea recta. Este tipo de problemas físicos se pueden resolver con álgebra. El movimiento en dos dimensiones describe cuándo el movimiento de un objeto tiene un componente vertical y uno horizontal. Es decir, se mueve en dos direcciones a la vez . El movimiento de proyectil es un ejemplo común de dos dimensiones movimiento. El movimiento de proyectil es cualquier tipo de movimiento donde la única fuerza que actúa sobre el objeto es la gravedad. Por ejemplo: una pelota que se lanza al aire, un automóvil que se precipita por un acantilado o una flecha que se dispara a un objetivo. En cada uno de estos casos, la trayectoria del objeto a través del aire traza la forma de un arco, moviéndose tanto horizontal como verticalmente (ya sea hacia arriba y hacia abajo, o simplemente hacia abajo).
Fuerzas
o diagramas de fuerza
. Dichos diagramas son críticos para encontrar la fuerza neta sobre un objeto, lo que a su vez determina qué sucede con su movimiento.
cambia su dirección. Sin fuerza neta significa que el objeto permanece exactamente como está: moviéndose a una velocidad constante o en reposo.
es la suma de múltiples fuerzas que actúan sobre un objeto, como dos equipos de tira y afloja tirando de una cuerda en direcciones opuestas. El equipo que tira más fuerte ganará, resultando en más fuerza dirigida hacia ellos; es por eso que la cuerda y el otro equipo terminan acelerando en esa dirección.
Cinemática lineal y rotacional
(movimiento en línea recta), pero cada uno de estos también se puede expresar para movimiento rotacional
(también llamado movimiento circular) utilizando valores análogos. Por ejemplo, una bola rodando a lo largo del piso linealmente tendría una velocidad lineal v
, así como una velocidad angular ω
, que describe su velocidad de giro. Y mientras que una fuerza neta
provoca un cambio en el movimiento lineal, un par neto
provoca un cambio en la rotación de un objeto.
Momentum and Energy
Momento de inercia
Las ondas y el movimiento armónico simple
.
es otro término para vibración.
) Si bien la luz actúa como una onda y sus propiedades se pueden medir con las mismas cantidades que una onda clásica, también actúa como una partícula, requiriendo algo de física cuántica para describir. Por lo tanto, la luz no encaja completamente en el estudio de la mecánica clásica. Matemáticas en mecánica clásica
Movimiento unidimensional versus movimiento en dos dimensiones
Estos tipos de problemas pueden ser de varios pasos y pueden requerir trigonometría para resolverse.
