FI1002 - SISTEMAS NEWTONIANOS Apuntes del curso Elaborado ...

Unidad 5B: Oscilaciones Amortiguadas
5B.1. Fuerzas de roce viscoso
El desplazamiento de un globo en un medio fluído, como lo es el aire, es un fenómeno fascinante
y a su vez sumamente intrigante. Aun a estas alturas de nuestra civilización, con toda la tecnología
disponible, conocimiento e incontables aciertos en la física, este simple fenómeno esconde
innumerables misterios que aun no han podido ser explicados. Tales limitaciones no impiden, sin
embargo, intentar un acercamiento fenomenológico del comportamiento de un globo cuando jugamos
con él. Este conocimiento nos permitirá comprender algo sobre la caída de un paracaídas,
lo costoso que es andar rápido en la carretera, las ideas detrás del vuelo de un helicóptero, la
caída de una pluma en el aire, el arrastre de las aguas, el despegue del transbordador espacial o el
hundimiento de una piedra en una laguna. Es una característica de estos sistemas la atenuación
del movimiento relativo entre el fluído y el objeto.
Consideremos el movimiento del globo en el aire. Los efectos del aire se manifestarán en la
forma de una resistencia del aire sobre el globo, oponiendose al desplazamiento. Estas fuerzas
corresponden a las llamada del tipo roce viscoso.
Esta fuerza que actúa sobre el globo corresponde a una manifestación macroscópica de su interacción
con el gran número de átomos que conforman el volumen de aire que rodea al globo.
El movimiento del globo implica su colisión con dichos átomos y el consiguiente intercambio de
energía y momentum. Dicha complejidad se nos presenta como un problema insoluble, que deja
atrás a las más sofisticadas herramientas de cálculo. A pesar de esto, y en realidad gracias a esto,
el efecto neto se puede expresar en forma bastante sencilla. La idea es que la dinámica de todos
los átomos es tan compleja que la única información coherente que se deriva de ella es su efecto
promedio, dejando la información asociada a cada átomo individual como algo indetectable, y en
definitiva, irrelevante. Esta idea, a pesar de su sencillez, puede parecer extremadamente increíble,
casi una trampa. En realidad constituye uno de los principios fundamentales de la física, y en un
modo muy preciso constituye una de las ideas más importantes de la física contemporanea.
Ahora, el efecto neto del movimiento del globo será poner en movimiento un gran número de
átomos, ellos se llevarán energía y el sistema a los ojos del obervador macroscópico parecerá perder
energía. En la medida en que nos interesemos sólo por el movimiento macroscópico podemos
hablar de una fuerza neta que hace el aire sobre el globo. En general podemos representar la
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