FISICA: CINEMATICA Y DINAMICA

Presentación del tema: "FISICA: CINEMATICA Y DINAMICA"— Transcripción de la presentación:

1 FISICA: CINEMATICA Y DINAMICA
Profesor: Moisés Inostroza Cerna

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3 DEFINICIONES Cinemática: La cinemática es una parte de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar la causa que los produce. La cinemática solo describe los movimientos. Sistema de referencia: Dado que todo en el universo se está moviendo, para poder estudiar el movimiento es necesario considerar un punto fijo, llamado “Sistema de Referencia”

4 El movimiento es relativo: todo nuestro universo se encuentra en movimiento. Por ello, cuando afirmamos que un cuerpo se mueve con respecto a otro que está en reposo, en realidad estamos hablando de un movimiento relativo, ya que no existe ningún objeto que este en reposo absoluto

5 TRAYECTORIA Para simplificar el estudio del movimiento en la cinemática todos los cuerpos en traslación pueden ser representados por puntos. La trayectoria es la curva imaginaria que va trazando el punto en el espacio (que representa el cuerpo que se esta moviendo) a medida que cambia de posición a través del tiempo.

6 DESPLAZAMIENTO El desplazamiento es un cambio de posición de una partícula desde una posición inicial hasta una posición final, sin importar el camino recorrido por ella. Nota: Para ir de un lugar a otro, un móvil puede seguir trayectorias muy diversas, todas ellas son independientes del desplazamiento realizado

7 MAGNITUDES VECTORIALES
Representación de vectores. Un vector es un segmento orientado que posee un punto de aplicación, tiene dirección, tiene un sentido y un módulo o intensidad.

8 MAGNITUDES ESCALARES Una magnitud es la que se caracteriza completamente, mediante un número y la unidad. Ejemplo: El tiempo Número Unidad horas

9 VELOCIDAD Es una magnitud vectorial y que tiene dirección, sentido y tiene intensidad; su dirección es siempre tangente a al trayectoria. El Módulo del vector velocidad ( su valor) se denomina rapidez. Se denomina velocidad media al cociente entre el desplazamiento y el tiempo empleado. Velocidad instantánea: es la velocidad en un punto determinado.

10 RAPIDEZ Para indicar cuán de prisa se mueve algo se ocupa una magnitud escalar llamada “rapidez media” que relaciona la distancia recorrida con el tiempo empleado en recorrerla, como se muestra en la expresión siguiente.

11 ACELERACION La aceleración media es una magnitud vectorial y corresponde a la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo.

12 ACELERACION Y DESACELERACION
Cuando un automóvil se pone en movimiento su velocidad cambia de valores menores hacia otros mayores, experimentando una aceleración positiva. En dicho caso se dice que su movimiento es acelerado. En cambio cuando el mismo automóvil se aproxima a una luz roja disminuye su velocidad al aplicar los frenos, experimentando una aceleración negativa. Este movimiento se dice retardado o desacelerado.

13 TIPOS DE MOVIMIENTOS Si la velocidad no varía en todo el recorrido se dice que el movimiento es uniforme. Si el movimiento se produce en línea recta (no hay variación de la dirección del vector velocidad) se dice que el movimiento es rectilíneo e uniforme.( M.R.U.). Si durante el recorrido se producen variaciones de velocidad se dice que el movimiento es acelerado o variado.

14 Representación gráfica del movimiento
Gráficas Velocidad-tiempo (v-t). En una grafica ”v-t” la representación de la recta nos da el valor de la aceleración. Gráficas distancia-Tiempo (d-t). La representación de la recta nos da la velocidad. Movimientos de dos móviles: Caso A Caso B Caso C Caso D

15 En las gráficas d-t se representa la distancia frente al tiempo.
GRAFICAS (d-t) En las gráficas d-t se representa la distancia frente al tiempo. distancia tiempo

16 GRÁFICAS VELOCIDAD TIEMPO (v-t)
En las gráficas v-t se representa la velocidad frente al tiempo. velocidad tiempo

17 Estudio de gráficas para el caso de dos móviles : Caso A
Móviles que parten del mismo punto al mismo tiempo en el mismo sentido.

18 Estudio de gráficas para el caso de dos móviles :Caso B
Móviles que parten al mismo tiempo de distinto punto, en sentido contrario, es decir, (al encuentro).

19 Estudio de gráficas para el caso de dos móviles :Caso C
Móviles que parten del mismo punto en el mismo sentido pero en diferente tiempo. Siendo la v del segundo mayor que la del primero.

20 Estudio de gráficas para el caso de dos móviles :Caso D
Móviles que parten al mismo tiempo de diferentes puntos en el mismo sentido.

21 Gráficas v-t En el que se representa la velocidad frente al tiempo.
En una gráfica v-t la representación nos da el valor de la aceleración. En un movimiento uniforme la gráfica es horizontal paralela al eje de tiempos. Si el movimiento es variado se obtienen rectas inclinadas, cuya pendiente nos da idea del valor de la aceleración. La aceleración por tanto representa la variación de la velocidad en el tiempo. Si la velocidad aumenta la aceleración es positiva, si la velocidad disminuye o (frenada) la aceleración es negativa.

22 LOS MOVIMIENTOS SE PUEDEN CLASIFICAR SEGÚN SU:
Trayectoria: Rectilíneo: La trayectoria del movimiento es una línea recta. Curvilíneo: Se produce cuando el movimiento no es rectilíneo. Rapidez: Uniforme: La rapidez del móvil es constante. Variado: La rapidez del móvil no es constante Sistema de referencia: Absoluto: El origen del sistema de referencia utilizado se encuentra en reposo. Relativo: Origen del sistema de referencia se encuentra en movimiento

23 MOVIMIENTO RECTILINEO
Ocurre cuando un móvil se mueve a lo largo de una línea recta. Movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.) Cuando un móvil se mueve de tal modo que su velocidad permanece constante se dice que describe un Movimiento rectilíneo Uniforme. Esto significa que el cuerpo recorre distancias iguales en intervalos de tiempo iguales (rapidez constante) y siguiendo una trayectoria recta (sin variar su sentido y dirección)

24 Ecuaciones del M.R.U Luego
Si el móvil parte desde un punto determinado, tenemos Luego Esta ecuación representa la posición de un móvil que describe un movimiento rectilíneo uniforme en cualquier instante, respecto a un sistema de referencia determinado, se denomina ecuación de Itinerario del M.R.U.

25 GRAFICAS PARA EL M.R.U. (velocidad y desplazamiento positivos y aceleración igual a cero)

26 GRAFICA PARA EL M.R.U. (Desplazamiento y velocidad negativos y aceleración igual cero)

27 MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO
2. Movimiento Uniformemente Acelerado (M.U.A.) Si un móvil describe una trayectoria rectilínea y va aumentando uniformemente su velocidad en el tiempo, se dice que tiene un Movimiento Uniformemente Acelerado. Su aceleración es constante en magnitud y sentido

28 GRAFICOS PARA EL M.U.A. (DESPLAZAMIENTO , VELOCIDAD Y ACELERACIÓN POSITIVOS)

29 GRAFICOS PARA M.U.A. (Desplazamiento, velocidad y aceleración negativos)

30 CAIDA LIBRE Por nuestra experiencia diaria sabemos que cuando soltamos un cuerpo desde una cierta altura, este cae por efecto de la fuerza de atracción que ejerce la tierra, a este movimiento lo llamamos caída libre.

31 DATO HISTORICO Galileo Galilei, argumento y demostró que si se elimina completamente la resistencia del aire, dos objetos diferentes que son soltados simultáneamente desde una misma altura llegan al suelo al mismo tiempo, sea cual sea su masa. En la caída libre, los objetos adquieren un movimiento uniforme acelerado.

32 ECUACIONES DE CAIDA LIBRE
Las ecuaciones de este movimiento son las mismas del Movimiento Uniformemente Acelerado, para una componente negativa de la aceleración a= - g y velocidad inicial nula.

33 GRAFICOS DE CAIDA LIBRE (Según el origen del sistema de referencia sea el suelo o el punto desde donde se suelta el cuerpo) INFERIOR

34 SUPERIOR

35 DINAMICA La dinámica es la parte de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos considerando la causa que los produce, es decir, las fuerzas

36 Fuerzas ¿Qué es? Es la interacción entre dos cuerpos materiales.
Es una magnitud vectorial que se puede representar mediante vectores. Las fuerzas se miden con dinamómetros. Su unidad es el Newton.(1Kg.m/d2 ). Al aplicar una fuerza a de un newton a un kg de masa , su velocidad aumenta 1m/s por cada segundo que transcurre

37 CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS
Fuerza de contacto: cuando hay contacto o interacción entre dos cuerpos. Fuerzas a distancia no hay contacto entre los cuerpos que interaccionan

38 Tipos de fuerzas F. gravitatoria: Dos cuerpos que se atraen por su masa. F. electromagnética: F. de atracción entre dos cuerpos electrizados o magnetizados. F. Nuclear débil: son fuerzas del interior de la materia. F. Nuclear fuertes: Son las fuerzas más fuertes de la naturaleza.

39 LA FUERZA resultante La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo recibe el nombre de fuerza neta o resultante, y corresponde a una única fuerza equivalente a todas las demás. Si la fuerza neta es cero o nula, el objeto está detenido o se mueve con velocidad constante y por consiguiente está en equilibrio. Sí la fuerza neta es distinta de cero, no existe equilibrio y el objeto adquiere M.U.A.

40 Leyes de Newton 1º LEY: Ley de la inercia: la primera ley de Newton o ley de inercia dice “todo cuerpo en reposo tiende a seguir en reposo, así como todo cuerpo en movimiento tiende a seguir en movimiento uniforme y rectilíneo; a menos que una fuerza externa lo saque de este estado”.

41 Leyes de Newton 2º LEY Ley de la dinámica: la segunda ley de Newton plantea que todo objeto adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa, lo que puede escribirse de la siguiente forma:

42 Leyes de Newton Tercera ley de Newton: La tercera ley de Newton dice que cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo objeto ejerce sobre el primero una fuerza de igual módulo en la misma dirección pero de sentido contrario. F12 F21

43 FUERZA DE ROCE La experiencia nos enseña que mientras más rugosas y ásperas son las superficies de dos cuerpos que están en contacto, es necesario aplicar una fuerza cada vez mayor para mover uno de ellos sobre el otro. Esto nos indica la existencia de un fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos en contacto y que recibe el nombre de fuerza de roce, de rozamiento o de fricción. Cuando un cuerpo está sobre una superficie hay varias fuerzas actuando, por un lado está la fuerza peso de un cuerpo y por otro la fuerza normal, que es perpendicular a la superficie y de igual módulo que la fuerza peso del cuerpo, pero de sentido opuesto.

44 ROCE POR DESLIZAMIENTO
La fuerza de roce por deslizamiento, es proporcional a la fuerza normal entre las superficies en contacto. Si designamos por N la fuerza normal y fr. al roce, tenemos que: La letra griega μ corresponde al coeficiente de roce o de fricción, cuyo valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto (madera, metales, etc.) y de su grado de pulimento entre otros aspectos. De acuerdo al estado del cuerpo se distinguen dos tipos de roce: Estático y cinético

45 TORQUE El torque también es llamado momento de una fuerza, los cuerpos con eje de rotación como ruedas de vehículos, puertas y ventanas pueden girar cuando sobre ellas se ha aplicado cierta fuerza. Si hacemos girar una rueda o una puerta los factores que determinan la efectividad de una fuerza en el torque, son la magnitud de la fuerza F aplicada perpendicularmente a una distancia r del eje de giro, denominada brazo.

46 TRABAJO Y ENERGIA Trabajo: En física a la palabra trabajo se le da un significado muy específico: El trabajo efectuado por una fuerza, F, es el producto de la magnitud del desplazamiento por el componente de la fuerza paralela al desplazamiento

47 FUERZA Y DESPLAZAMIENTO SON VECTORES
El trabajo neto efectuado sobre un objeto es la suma de todo los trabajos efectuados por las fuerzas que actúan sobre el objeto. Es posible aplicar una fuerza o mover un objeto sin efectuar trabajo: -Si no hay desplazamiento, el trabajo es cero. -Si la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es cero, porque Cos(90º)= 0

48 LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL
Dos cuerpos cualquiera en el universo por el hecho de poseer masa se atraen. Dos cuerpos se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de al distancia que los separa.

49 ENERGIA Definimos energía como “la capacidad de efectuar trabajos”.
Energía cinética: La energía cinética, es la energía almacenada por un objeto en su movimiento. Energía potencial: la energía potencial es la energía almacenada en un cambio de posición relativa, en presencia de un fuerza conservativa. Las fuerzas conservativas son aquellas que no disipan energía. Gravedad, resortes, eléctrica, etc. El trabajo realizado sobre un cuerpo se va almacenando como energía cinética o como energía potencial

50 ENERGIA CINETICA Un objeto en movimiento puede efectuar trabajo sobre otro con el que haga contacto, entonces el objeto tiene “energía de movimiento”-Energía cinética. Para acelerar un objeto desde el reposo hasta la velocidad V, en una distancia “d” hay que aplicar una fuerza neta Fn, el objeto tiene la capacidad de efectuar trabajo, es decir tiene energía cinética.

51 ENERGIA POTENCIAL La energía potencial puede ser: gravitacional, elástica, eléctrica, etc. Energía potencial gravitatoria: Un tipo especial de energía es la energía potencial gravitatoria que depende de la altura a la que se encuentra un cuerpo respecto de la superficie de la Tierra: a mayor altura, mayor energía potencial. Esto se explica porque al soltar el cuerpo, la Tierra ejerce una mayor fuerza para que caiga. Si un objeto de masa m está ubicado a una altura h de un nivel de referencia su energía potencial gravitatoria se expresa de la siguiente forma:

52 ENERGIA MECANICA Observación: Todo cuerpo al elevarse o al caer, al partir o al detenerse, tiene asociada tanto energía cinética como potencial. La Energía Mecánica Total (E) de un cuerpo es la suma de sus energías cinética y potencial (gravitatoria y/o elástica). E = Ep + Ec

53 COSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
En la figura adjunta se observa que un cuerpo de masa m se mueve desde un punto A hasta un punto B, siguiendo la trayectoria (I). El trabajo mecánico realizado por la fuerza peso en este caso, está dado por: WAB = EPA - EPB = -( EPB – EPA ) = - ΔEP Si la trayectoria desarrollada fuera (2) o (3), se comprueba que el WAB = - ΔEP Este resultado es válido para cualquier trayectoria y establece que el trabajo realizado por el peso del cuerpo es independiente de la trayectoria que une los puntos A y B.

54 RESUMEN Todos los movimientos resultan de una interacción entre dos o más cuerpos, esta interacción refleja la presencia de una fuerza que puede alterar el estado de movimiento de un cuerpo y/o deformarlo. Este efecto no solo depende de la intensidad de la fuerza, sino que, por su carácter vectorial, depende además de la dirección y sentido en que se ejerce y del punto de aplicación. El físico inglés Isaac Newton enunció tres leyes que explican el papel que juegan las fuerzas en el movimiento de los cuerpos. Estas leyes permiten conocer la posición del móvil en un momento determinado, su velocidad, aceleración, etc. Además de permitirnos explicar muchos fenómenos que observamos o experimentamos diariamente.