La dinàmica és una branca de la mecànica que estudia les causes dels canvis al moviment mecànic. Aquesta ciència estudia la relació entre les forces que actuen sobre els objectes i els efectes que produiran sobre el moviment que resulti de la seva acció.
El terme dinàmic prové del grec i significa força o poder.
A la mecànica clàssica, aquestes causes són forces. En la dinàmica també hi intervenen conceptes com ara massa, impuls, moment angular, energia.
La dinàmica basada en les lleis de Newton es diu dinàmica clàssica. La dinàmica clàssica descriu el moviment dels cossos amb velocitats que van des de fraccions de mil·límetres per segon fins a quilòmetres per segon.
No obstant això, aquests mètodes ja no són vàlids per al moviment d'objectes de mides molt petits (mecànica quàntica) i per a moviments amb velocitats properes a la velocitat de la llum (mecànica relativista). Aquests moviments estan subjectes a altres lleis.
Aquesta branca de la física també estudia el moviment dun medi continu, és a dir, cossos, líquids i gasos deformables.
Lleis de Newton: el fonament de la dinàmica
La dinàmica clàssica es basa en les tres lleis fonamentals d'Isaac Newton que explica els efectes que es produiran sobre un cos i els efectes de les forces que s'hi apliquen:
-
Primera llei de Newton: Un cos roman en repòs o en un moviment uniforme si cap altre cos actua sobre ell o la seva acció és compensada.
-
Segona llei de Newton: En els sistemes físics inercials de referència, l'acceleració que adquireix un punt material és directament proporcional per força que la provoca, coincideix amb ella en direcció i és inversament proporcional a la massa del punt material.
-
Tercera llei de Newton: Les forces amb què actuen els cossos entre si estan en la mateixa línia recta, tenen adreces oposades i mòduls iguals.
Camps destudi de la dinàmica en física
La dinàmica és un camp de la física que es divideix en diferents disciplines. A continuació es mostren les més destacades:
Dinàmica d'un punt
La dinàmica d‟un punt s‟ocupa d‟estudiar la interacció de punts materials, que són cossos les dimensions dels quals poden menysprear-se en comparació amb les dimensions característiques del fenomen en estudi. Se centra a analitzar com les forces actuen sobre aquests punts materials i com aquestes forces n'afecten el moviment.
Dinàmica de cossos rígids
La dinàmica de cossos rígids es dedica a lestudi de la interacció de cossos que són absolutament rígids.
Es considera que aquests cossos no pateixen deformacions, cosa que permet analitzar-ne el moviment i les forces que hi actuen de manera simplificada.
Dinàmica de cossos deformables
La dinàmica de cossos deformables abasta lestudi de cossos que poden patir deformacions sota lacció de forces externes.
Aquest camp analitza com les forces aplicades afecten la forma i el comportament mecànic dels cossos deformables, considerant aspectes com l'elasticitat, la plasticitat i la resistència dels materials.
Dinàmica de fluids
La dinàmica de fluids es dedica a lestudi del moviment dels fluids (líquids i gasos) i com interactuen entre si i amb els cossos sòlids. S'investiguen fenòmens com el flux laminar i turbulent, la conservació de massa i energia en un flux, la viscositat i la pressió.
Aquest camp de la física també es coneix com a mecànica de fluids
Exemples de dinàmica
A continuació es mostren alguns exemples de situacions quotidianes en què intervenen els conceptes de dinàmica:
-
Un automòbil accelerant: Quan premeu el pedal de l'accelerador d'un automòbil, s'aplica una força cap endavant que impulsa el vehicle. La força neta determinarà l?acceleració de l?automòbil, segons la segona llei de Newton.
-
Un objecte en caiguda lliure: Quan deixes caure un objecte des d'una alçada, experimenta una acceleració degut a la força gravitatòria. La força gravitatòria actua com a força neta que accelera l'objecte cap avall.
-
Xocs de billar: En copejar una bola de billar amb el dau, s'aplica una força que li transfereix moment lineal. Durant el xoc, la transferència de moment lineal i la interacció de les forces entre les boles involucrades segueixen els principis de la tercera llei de Newton.
-
Empènyer un objecte sobre una superfície rugosa: Quan apliques una força per empènyer un objecte sobre una superfície rugosa, la força de fricció actua en direcció oposada al moviment i depèn de les característiques de la superfície i la força normal.
-
L'accionament d'una turbina de vapor a una central nuclear: En el procés de generació d'energia nuclear, la dinàmica de fluids té un paper fonamental en el procés de convertir energia tèrmica en energia mecànica.
-
Un globus aerostàtic utilitza els principis de la dinàmica de fluids però també es pot calcular com un sòlid rígid sotmès per força de la gravetat.
