Sistemas de partículas


Definimos el concepto de sistema de partículas como un conjunto determinado de ellas que podemos suponer puntuales y cuyas propiedades globales queremos estudiar. A cada partícula la expresaremos mediante el índice i que, si hay N partículas, tomará valores desde 1 hasta N. El sistema vendrá descrito por la masa mi y por la posición ri (que supondremos que está referida a un sistema inercial) de cada una de las partículas.
Sistemas de partículas
Todo sistema, objeto o sustancia físico está formado por partículas

Las partículas de un sistema interaccionan, en general, entre sí y con el resto del universo. Las interacciones mutuas se deben a las fuerzas internas existentes entre cada dos partículas. La interacción con el resto del universo puede representarse mediante una fuerza, que denominaremos externa. La fuerza total que actúa sobre una partícula es, por tanto, la suma de la fuerza externa y las fuerzas internas debidas al resto de las partículas del sistema. Las leyes de Newton son válidas para cada una de las partículas del sistema, si bien hay que recordar que es necesario considerar la fuerza total que actúa sobre cada una de ellas.

El número de partículas que constituyen un sistema varía desde dos hasta básicamente infinito (la Tierra, por ejemplo, puede considerarse como un sistema de partículas). Los casos más interesantes son precisamente aquellos en los que el número de partículas es relativamente pequeño o extremadamente grande. En el primer caso, el problema se trata directamente. Ejemplos de esta situación son las colisiones entre partículas, la fragmentación de un objeto en varios pedazos, el movimiento de un planeta alrededor del Sol, o el movimiento de un electrón alrededor de un núcleo atómico. En el segundo caso, el problema puede ser tratado por métodos estadísticos. No podemos determinar el movimiento concreto de cada constituyente, pero sí las propiedades globales del sistema. Estos sistemas son estudiados por la Física estadística y por la Termodinámica.

Las sustancias macroscópicas que nos encontramos cotidianamente son sistemas con un número elevadísimo de partículas. Se presentan en tres estados distintos: sólido, líquido y gaseoso. Estos estados se diferencian únicamente en la ordenación y movilidad de los átomos que los forman. En los sólidos, los átomos ocupan posiciones relativas prácticamente fijas, mientras que, en los líquidos y en los gases, los átomos se mueven con bastante libertad.

En las situaciones en las que conviene suponer que las posiciones relativas de los átomos permanecen fijas, podemos deducir, además de las conclusiones generales para los sistemas de partículas, nuevos resultados específicos. Su estudio constituye el denominado problema del sólido rígido.

El número de partículas que componen una sustancia macroscópica es tan elevado que, con frecuencia, se suele suponer un modelo continuo. Es decir, que nos olvidamos de la estructura microscópica real de la sustancia y la imaginamos como una «pasta» continua.


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