La primera persona en formular las leyes fundamentales de la física que gobiernan la dinámica en la física clásica no relativista es Sir Isaac Newton. La fuerza dinámica es una parte importante de la dinámica lineal. Algunos ejemplos de dinámica o aplicación de fuerza dinámica son los siguientes:

Aprendamos sobre el ejemplo de la dinámica en detalle.

Ejemplo de dinámica

La fuerza dinámica se refiere al tipo de fuerza que permite que un objeto varíe o cambie su forma, tamaño, posición, velocidad o dirección. Las fuerzas dinámicas dependen del tiempo. La fuerza dinámica se utiliza en una serie de actividades diarias o fenómenos como:

1. Terremoto

El fenómeno del terremoto ocurre cuando las placas tectónicas de la Tierra se desplazan de su posición original y chocan entre sí. Esta colisión de placas tectónicas conduce a la formación de ondas sísmicas. Este movimiento de placas tectónicas ocurre dentro del núcleo de la tierra, sin embargo, el efecto de esta colisión también se ve en la superficie donde el objeto como casas, edificios, árboles, postes, etc., comienza a temblar. Este movimiento en la superficie de la Tierra es causado por la fuerza sísmica que es un tipo de fuerza dinámica.

2. Movimiento de automóviles

El motor de un automóvil proporciona una fuerza impulsora que ayuda al vehículo a acelerar y avanzar. Esta fuerza motriz del motor del automóvil es una forma de fuerza dinámica que se ejerce sobre el automóvil para ayudarlo a cambiar su posición de un lugar a otro con el tiempo. Las fuerzas dinámicas dependen del tiempo, es decir, el cambio de posición se produce con respecto al tiempo.

3. Golpear una pelota de cricket

Un jugador de bolos lanza una pelota de cricket a un cierto ritmo hacia el bateador. El bateador golpea la bola entrante por el bate y cambia su posición, dirección y velocidad. La fuerza ejercida por el bateador sobre la pelota con la ayuda de un bate es una fuerza dinámica.

4. Martillar un metal

El metal se moldea en diferentes formas y tamaños mediante el procedimiento de calentamiento y golpe. Los metales son de naturaleza dúctil y maleable. Para transformar una pieza de metal en bruto en una hoja o un alambre se utiliza un procedimiento que golpea repetidamente la superficie del metal con cierta fuerza con la ayuda de un objeto rígido. La fuerza ejercida ayuda a modificar la forma del metal y, por tanto, es una fuerza dinámica.

5. Lanzar un objeto.

Lanzamos un objeto usando el fuerza muscular en nuestro cuerpo Después de lanzar el objeto cambia su velocidad con respecto al tiempo. Esta fuerza muscular ejercida por nuestro cuerpo es una forma de fuerza dinámica. Esto se puede probar con la primera ley del movimiento de Newton que establece que un objeto no puede cambiar su velocidad sin la aplicación de una fuerza externa.

6. Inflar un globo

Los globos están formados por membranas de goma elástica. Para inflar un globo, ejercemos fuerza sobre la membrana elástica rellenando un globo con aire. La fuerza ejercida sobre las paredes del globo cambia su forma y tamaño y, por lo tanto, es una fuerza dinámica.

7. Batir la leche

El proceso de batir la leche implica el centrifugado de la leche a alta velocidad utilizando una licuadora, batidora o incluso manualmente con una cuchara. Después de cierto tiempo, el centrifugado hace que la nata se separe de la leche y suba. El movimiento de giro constante hace que la leche cambie su estado de líquido a semilíquido. Por tanto, podemos decir que la fuerza ejercida para hacer girar la leche es un tipo de fuerza dinámica.

Ahora, echemos un vistazo detallado al término "dinámica" para una mejor comprensión.

El término dinámica se refiere a un campo de la mecánica clásica que se ocupa del estudio de las fuerzas y el efecto de las fuerzas sobre el movimiento. Los dos tipos principales de dinámica son:

Dinámica lineal:

El término dinámica lineal es válido para los objetos que se propagan o se mueven en línea recta, es decir, objetos que tienen un movimiento lineal. Matemáticamente, la dinámica lineal está representada por ecuaciones algebraicas lineales.

Las cantidades que caen bajo la dinámica lineal son fuerza (producto de masa y aceleración), inercia o masa, velocidad (es decir, desplazamiento por unidad de tiempo), desplazamiento (en la misma unidad que la distancia), aceleración (desplazamiento por unidad de tiempo al cuadrado) y momento (producto de la masa y la velocidad). Para la mayoría de los cálculos de dinámica lineal, el objeto tomado se considera una partícula del tamaño de un punto que tiene su masa concentrada en un punto. En otras palabras, podemos decir que todas las fuerzas actúan sobre el centro de masa de ese objeto en particular. 

La dinámica lineal y el movimiento lineal se rigen principalmente por las tres leyes del movimiento de Sir Isaac Newton.:

Primera ley– Un objeto en reposo permanece en reposo a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Un objeto en movimiento continúa en movimiento teniendo una velocidad constante hasta ya menos que una fuerza externa actúe sobre él.

IEn otras palabras, podemos decir que un objeto que no tiene una fuerza externa actuando sobre él puede estar en reposo o en movimiento con rapidez constante en una dirección.

Segunda ley La aceleración de un objeto en movimiento se dirige en la dirección de la fuerza externa neta que actúa sobre él.

Se dice que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza externa neta que actúa sobre un objeto y es inversamente proporcional a la masa del objeto. Otra forma de definir la segunda ley es que la tasa de cambio del momento lineal de un objeto es equivalente a la fuerza externa neta que actúa sobre el objeto. Matemáticamente esto se puede representar como F = ma & dp / dt = F_red.

Tercera ley Cada acción tiene una reacción igual y opuesta.

Esto significa que la fuerza que actúa sobre un objeto se presenta en forma de un par que es de naturaleza igual y opuesta. Podemos decir que si un objeto P está ejerciendo fuerza sobre otro objeto Q, entonces el objeto Q también está ejerciendo una cantidad igual de fuerza en la dirección opuesta a la de P. Matemáticamente, 10 se puede representar como F_p = - F_q.

** Cabe señalar que las tres leyes del movimiento de Isaac Newton son válidas solo en un marco de referencia inercial. 

Dinámica no lineal / rotacional:

El término dinámica de rotación no lineal se aplica a los objetos que se propagan o se mueven en una trayectoria giratoria o curva. Las cantidades físicas que se describen mediante la dinámica de rotación son el par (producto cruzado del vector de fuerza y ​​el vector de posición), desplazamiento angular (en grados o radianes), el momento de inercia o inercia rotacional (producto de la masa de un objeto y el cuadrado de la distancia entre el centroide del objeto y el eje de referencia), aceleración angular (radianes cubiertos por unidad de tiempo al cuadrado), velocidad angular (radianes cubiertos por unidad de tiempo) y momento angular (producto del momento de inercia y la velocidad angular).

La dinámica de rotación también puede regirse por las tres leyes del movimiento modificadas:

Primera ley Un objeto en reposo tiene tendencia a permanecer en reposo y un objeto en rotación tiene tendencia a continuar girando con una velocidad angular constante hasta ya menos que el objeto experimente algún par externo neto. 

Segunda ley: La aceleración angular de un objeto es directamente proporcional al par externo neto. El momento de inercia del objeto y su aceleración angular es inversamente proporcional. Matemáticamente, esto está representado por la ecuación τ = Ia. También podemos decir que la tasa de cambio del momento angular da el par externo neto que actúa sobre el objeto.

Tercera ley Cada acción tiene una reacción igual y opuesta. En este caso, estamos hablando del par ejercido sobre un objeto como acción.

¿Cuál es el principio de dinámica?

Por lo general, los investigadores y científicos que estudian la dinámica observan los cambios que ocurren en el sistema físico a lo largo del tiempo y luego analizan la causa de esas alteraciones.

La dinámica se estudia observando y analizando el sistema de mecánica desarrollado por Sir Isaac Newton. La dinámica se rige por las leyes físicas fundamentales desarrolladas por Newton. La segunda ley del movimiento dada por Newton es particularmente importante en el estudio de la dinámica. Sin embargo, debido al hecho de que las tres leyes del movimiento están interrelacionadas hasta cierto punto, debemos tener en cuenta las tres leyes al observar la dinámica de un sistema.

En el caso del electromagnetismo clásico, la cinemática de un sistema se estudia mediante las ecuaciones de Maxwell. En un sistema clásico, la dinámica implica una combinación de electromagnetismo y mecánica que se describe mediante las ecuaciones de Maxwell, las leyes de Newton y la fuerza de Lorentz juntas. 

¿Qué es la fuerza de Lorentz?

La fuerza de Lorentz guía una parte importante de los estudios de electromagnetismo clásico.

La fuerza que experimenta una partícula cargada q mientras se mueve con la velocidad v bajo la influencia de campo magnético B y eléctrico campo E se llama fuerza de Lorentz. La fuerza de Lorentz lleva el nombre del físico holandés Hendrik A. Lorentz. La partícula cargada experimenta una fuerza electromagnética F (es decir, la fuerza de Lorentz) que viene dada por la ecuación F = qE + qv × B.

¿Cuáles son las ecuaciones de Maxwell?

James Clerk Maxwell formuló un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales acopladas reuniendo la ley de fuerza de Lorentz, la óptica clásica, los circuitos eléctricos y las leyes de la base del electromagnetismo clásico. Estas ecuaciones ahora se conocen como ecuaciones electromagnéticas de Maxwell. 

Las cuatro ecuaciones de Maxwell que gobiernan el campo electromagnético son: 

1. Ley de Gauss para campos eléctricos- Afirma que si integramos el campo eléctrico saliente E sobre un área, el resultado es igual a la carga total Q dentro del volumen dividida por la permeabilidad del espacio.

2. Ley de Gauss para un campo magnético Establece que la integral del campo magnético B sobre un área encerrada es igual a cero. 

3. Ley de inducción magnética de Faraday– Establece que la integral del campo eléctrico sobre una línea cerrada, como un cable, da el cambio en el voltaje total alrededor del circuito. Este voltaje es generado por el campo magnético variable en todo el circuito. 

4. Ley de Ampere con la corriente de desplazamiento de Maxwell– Proporciona la fuerza magnética total alrededor de un circuito en términos de la corriente a través del circuito con cualquier campo eléctrico variable causado por la corriente de desplazamiento.

Esperamos que esta publicación haya presentado toda la información requerida con respecto al ejemplo de dinámica en física.

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Sanchari Chakraborty

Hola, soy Sanchari Chakraborty. He realizado el Máster en Electrónica.
Siempre me gusta explorar nuevos inventos en el campo de la Electrónica.
Soy un aprendiz entusiasta y actualmente invertido en el campo de la Óptica y Fotónica Aplicadas. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica) y OSI (Sociedad Óptica de la India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera sencilla pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Entonces, pongo mi granito de arena para aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.
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