Resumen:
Esta clase estudia los cuerpos continuos en física. Inicia con objetos puntuales, pero muestra cómo la mecánica newtoniana explica que objetos formados por muchas partículas pueden simular la continuidad de la naturaleza. Repasa las leyes de Newton para entender el movimiento y las causas en las partículas. Destaca que los cuerpos conglomerados adquieren propiedades únicas y se clasifican en sólidos, líquidos y gases según su reacción a fuerzas externas.

Objetivos de Aprendizaje:
Al concluir con esta clase el estudante será capaz de:

1. Comprender cómo los posibles estados de movimiento relativo entre los puntos de materia pueden reproducir los estados de la materia.
2. Reconocer las nuevas propiedades que emergen de las partículas cuando estas forman un conglomerado.
3. Comprender la conexión entre la mecánica de las partículas y la de los medios contínuos.

INDICE DE CONTENIDOS:
CUERPOS CONTÍNUOS EN FÍSICA
¿CÓMO PODEMOS COMPRENDER LOS CUERPOS CONTINUOS EN LA FÍSICA?
LA FÍSICA DEL CONTINUO

Cuerpos contínuos en física

En física, a menudo se comienza estudiando objetos puntuales e ideales antes de abordar sistemas más complejos y realistas. Aunque la naturaleza no presenta objetos puntuales, este enfoque tiene sentido porque permite abordar los conceptos de manera más sencilla y comprensible. La mecánica newtoniana, por ejemplo, se desarrolló antes que la física del continuo, por lo que es importante tener cierta familiaridad con sus leyes para entender cómo los objetos continuos, que están formados por un gran número de partículas diminutas, pueden «simular» la continuidad que observamos en la naturaleza.

Recordatorio de las leyes de Newton

La física estudia los fenómenos que cambian en la naturaleza, ya que sin cambio no hay percepción posible. Por eso, es importante recordar los conceptos fundamentales de la mecánica newtoniana, que nos permiten comprender el movimiento de las partículas y sus causas, así como la posición, el momentum y sus variaciones.

La posición y el momentum son atributos de la materia, que se refieren a la ubicación y el movimiento de un objeto en el espacio. Todos los objetos con masa tienen una posición y un estado de movimiento.

Recordemos las tres leyes de Newton.

• PRIMERA LEY: Ley de Inercia:
  En ausencia de una acción externa, todo cuerpo preserva su estado de movimiento
• SEGUNDA LEY: Ley de Fuerza y Masas:
  Si el estado de movimiento de un cuerpo cambia, será por la acción de una fuerza y esta es equivalente a la variación del estado de movimiento en el tiempo

  \displaystyle\vec{F}= \frac{d\vec{p}}{dt}

• TERCERA LEY: Ley de Acción y Reacción
  A toda fuerza «acción» le corresponde otra fuerza «reacción», de igual magnitud, pero sentido contrario.

¿Cómo Podemos Comprender los Cuerpos Continuos en la Física?

Un cuerpo continuo es un conglomerado de objetos puntuales; la rama de un árbol o la sangre de nuestro cuerpo están formados de partículas tan diminutas en tamaño y grandes en número que, puestas juntas asemejan a una «continuidad”.

Los cuerpos formados por un conglomerado adquieren cualidades cuyas partes no poseen individualmente.

• La posición de cada partícula respecto a las demás produce la forma del cuerpo.
• El estado de movimiento del cuerpo completo es debido al estado de movimiento colectivo de todas las partículas como un todo.
• Y las posibilidades de movimiento relativo entre los puntos de materia producen los estados de la materia.

Todas estas cosas son susceptibles de cambio. Así, en función de éstas características físicas podemos clasificar los cuerpos según cómo cambie frente a la acción de una fuerza externa.

Tipos de Cuerpos Continuos en Física

Los cuerpos continuos se clasifican de la siguiente manera:

Aquellos en que la posición relativa entre sus partículas tiende a permanecer constante en ausencia de fuerzas externas.

Por un lado, en los sólidos la posición relativa entre las partículas que lo componen tienden a permanecer constante, a menos que se aplique una fuerza externa. Caen en esta clasificación cuerpos hechos de acero, madera, huesos o la goma. La posición relativa entre las partículas es sostenida por dos tipos de fuerzas: por un lado, tenemos las fuerzas de restitución, que se opondrá a cualquier fuerza que intente mover las partículas de su posición relativa, y las fuerzas disipativas, que libera la energía introducida por la acción de la fuerza externa hasta hacerla desaparecer. Las fuerzas de restitución son las responsables de que un resorte oscile luego de ser perturbado, mientras que las disipativas son las responsables de que una barra de hierro se caliente al ser doblada.

Y los que por el contrario, la posición relativa entre sus partículas varía aún en ausencia de fuerzas externas.

En cambio en fluidos la posición relativa entre las partículas cambia aunque no se ejerzan fuerzas externas e inluso cuando el cuerpo preserva su forma. El aire confinado en una botella o el agua en un balde son de esta naturaleza. Las fuerzas de restitución que mantienen cada parte en su lugar son casi inexistentes y las fuerzas disipativas son responsables del fenómeno de la viscosidad.

Estos se clasifican en dos especies:

Cuerpos Líquidos:

Existen fuerzas internas lo suficientemente fuertes como para preservar la distancia relativa promedio, pero no la posición, entre las partículas, haciendo que colectivamente la sustancia tienda a mantener un volumen constante.

Cuerpos Gaseosos:

En ausencia de restricciones no poseen un volumen fijo. Las partículas se mueven libres en el espacio disponible. Cuando están contenidos en un recipiente, cada punto de su interior representa una posición posible para las partículas del gas.

La principal diferencia entre sólidos y fluidos está en que los sólidos tienden a preservar su forma y los fluidos no. Cuando un sólido cambia de forma, o intenta volver a ella o se calienta (como mínimo una de las dos), e incluso puede llegar a partirse; en cambio los fluidos oponen una resistencia escasa al movimiento de sus partículas, y por el contrario a los sólidos, se adaptan al recipiente que los contiene.

La Física del Continuo

Esta ciencia trata el estudio los cuerpos contínuos en algunos de los estados que acabamos de describir y sus propiedades físicas; pero como hemos podido ver, se asume que el número y el tamaño de las partículas que componen el cuerpo es tal que hacen que éste se comprte como un objeto continuo. En esta ciencia, a pesar de que se habla de «fuerzas entre partículas», no se detalla en su naturaleza, electromagnética, de origen cuántico o simples colisiones, en su lugar es un análisis colectivo. El análisis detallado de tales situaciones, en que se consideran los tipos de fuerzas entre partículas, es más propio de la mecánica estadística. De esta ciencia emergen otras según el tipo de cuerpo estudiado y el enfoque que se da a dicho estudio.

• Física del Continuo
  • Mecánica de Sólidos
    Estudia el comportamiento de los materiales sólidos ante diversos tipos de esfuerzos de deformación.
  • Mecánica de Fluidos
    • Hidrodinámica: Estudia el comportamiento de los líquidos
    • Neumática: Estudia el comportamiento de los gases