Mecánica y fuerzas: cinemática, dinámica, trabajo, energía y cantidad de movimiento
Este dominio evalúa el movimiento y sus causas, el balance energético y la conservación de la cantidad de movimiento. El examen pide plantear ecuaciones, dibujar el diagrama de fuerzas y decidir qué principio conviene aplicar en cada situación.
Cinemática
- MRU: x = x₀ + vt. MRUA: v = v₀ + at y s = v₀t + ½at²; v² = v₀² + 2as.
- Caída libre con a = −9,8 m/s²; en el tiro parabólico los ejes son independientes y el alcance máximo se logra a 45° sin rozamiento.
- Movimiento circular uniforme: a_c = v²/r dirigida al centro.
Dinámica, energía y choques
- Leyes de Newton; el diagrama de fuerzas debe incluir peso, normal, tensión y rozamiento. F_roz = μN.
- Plano inclinado: componente del peso m·g·senθ y normal m·g·cosθ.
- Trabajo W = F·d·cosθ; energía cinética ½mv²; potencial mgh; teorema trabajo-energía.
- Con rozamiento, la energía mecánica disminuye en μNd.
- Cantidad de movimiento p = mv; impulso F·Δt = Δp; se conserva en choques sin fuerzas externas netas.
Ejemplo resuelto
Un bloque de 2 kg a 3 m/s choca con otro de 4 kg en reposo y quedan unidos. p inicial = 2 × 3 = 6 kg·m/s; tras el choque, 6 = 6·v, luego v = 1 m/s. Energía cinética inicial: ½ × 2 × 9 = 9 J; final: ½ × 6 × 1 = 3 J. Se pierden 6 J, un 67 %, transformados en deformación y calor. La cantidad de movimiento se conserva; la energía cinética no, porque el choque es inelástico.
Errores típicos
- Confundir masa con peso y usar kg en lugar de N.
- Omitir la normal o el rozamiento en el diagrama de fuerzas.
- Aplicar conservación de la energía mecánica cuando hay rozamiento.
- Confundir cantidad de movimiento con energía cinética en colisiones.