La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un

sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado

físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores

capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y

plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema

de operación.

El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos,

relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En

este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas

mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas

no mecánicos.

En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común

hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las

características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado

sistema.

Fue Galileo quien expresó los principios

en los que se funda la Dinámica, mediante

simples fórmulas matemáticas

Más tarde, Newton las interpretó y las

enunció en sus llamadas "leyes del

movimiento», conocidas también como

principios de la dinámica, y que son su

fundamento.

Dinámica de sistemas mecánicos

En física existen dos tipos importantes de sistemas físicos los sistemas finitos de

partículas y los campos. La evolución en el tiempo de los primeros pueden ser

descritos por un conjunto finito de ecuaciones diferenciales ordinarias, razón por

la cual se dice que tienen un número finito de grados de libertad. En cambio la

evolución en el tiempo de los campos requiere un conjunto de ecuaciones

complejas. En derivadas parciales, y en cierto sentido informal se comportan

como un sistema de partículas con un número infinito de grados de libertad.

La mayoría de sistemas mecánicos son del primer tipo, aunque también existen

sistemas de tipo mecánico que son descritos de modo más sencillo como

campos, como sucede con losfluidos o los sólidos deformables. También sucede

que algunos sistemas mecánicos formados idealmente por un número infinito de

puntos materiales, como los sólidos rígidos pueden ser descritos mediante un

número finito de grados de libertad.

Dinámica de la partícula

La dinámica del punto material es una

parte de la mecánica newtoniana en la que

los sistemas se analizan como sistemas de

partículas puntuales y que se

ejercen fuerzas instantáneas a distancia.

En la teoría de la relatividad no es posible

tratar un conjunto de partículas cargadas

en mutua interacción, usando simplemente

las posiciones de las partículas en cada

instante, ya que en dicho marco se

considera que las acciones a

distancia violan la causalidad física. En

esas condiciones la fuerza sobre una

partícula, debida a las otras, depende de

las posiciones pasadas de la misma.

Dinámica del sólido rígido

La mecánica de un sólido rígido es aquella

que estudia el movimiento y equilibrio de

sólidos materiales ignorando sus

deformaciones. Se trata, por tanto, de un

modelo matemático útil para estudiar una

parte de la mecánica de sólidos, ya que

todos los sólidos reales son deformables.

Se entiende por sólido rígido un conjunto

de puntos del espacio que se mueven de

tal manera que no se alteran las distancias

entre ellos, sea cual sea la fuerza actuante

(matemáticamente, el movimiento de un

sólido rígido viene dado por un grupo

uniparamétrico de isometrías).

Isaac NewtonConsiderado como uno de

las grandes mentes en la rama

de la física ;formador y

planteador de grandes teorías

que hoy en día ;en conjunto han

conformado a las leyes que

llevan su apellido “leyes de

newton”.

Primera ley de Newton o Ley de la inerciaLa primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo

puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a

no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.5

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado

inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se

aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él.

Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos

constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo

novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o

la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una

fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.

En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no

existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento

no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los

cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia

es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

Ejemplo, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente

por el pasillo del

La fuerza de inercia, es la resistencia que

los cuerpos oponen al movimiento y que

resulta de su masa. Se denomina

momento de inercia de un punto material

con relación a un eje, al producto de la

masa de dicho punto por el cuadrado de

su distancia al eje. Si se trata de un

sistema, con relación a un eje, el momento

de inercia de dicho sistema equivale a la

suma de los momentos de inercia de todos

los puntos materiales que lo integran.

La segunda ley del movimiento de Newton dice que…El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la

línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.6

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por

qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de

movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios

experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza

motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que

producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la

causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho

sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se

aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de

cambio en el momento del objeto.

En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:

Consideramos a la masa constante y podemos escribir aplicando estas

modificaciones a la ecuación anterior:

Es decir la relación que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración

obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración (una

gran masa) se dice que tiene mucha inercia. Es por esta razón por la que la masa se

define como una medida de la inercia del cuerpo.

Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta

partícula tendrá una aceleración proporcional

Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacciónCon toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones

mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.6

La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían

sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de

la mecánica un conjunto lógico y completo.8 Expone que por cada fuerza que actúa

sobre un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido

contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas

sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección,

pero con sentido opuesto.

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga

instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su

formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se

propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c".

Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas

que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes,

según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la

segunda ley. Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios de

conservación del momento lineal y del momento angular.