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FÍSICA 1 ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA 1. CINEMATICA 2.

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1 FÍSICA 1 ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA 1

2 CINEMATICA 2

3 CINEMÁTICA Es la rama de la física que se ocupa de estudiar los movimientos de los cuerpos, sin considerar las causas que lo provocan. 3

4 4 EL MOVIMIENTO Un cuerpo se mueve, si cambia su posición respecto a un punto de observación Si está en movimiento, es relativo Si dicho punto está en reposo, el movimiento es absoluto El viajero se equivoca al pensar que se mueve el vagón de enfrente. Al mirar al andén, comprueba que es su vagón el que se mueve El conductor está en reposo respecto al pasajero que transporta, pero está en movimiento respecto al peatón. Desde tierra el proyectil cae describiendo una parábola. Desde el avión cae en línea recta

5 MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN 5

6 La posición se define con respecto un SISTEMA DE REFERENCIA. En una dimensión será el eje X o Y. 6 POSICIÓN La posición es la situación con respecto al sistema de referencia.

7 DESPLAZAMIENTO ( x) x = x f – x i x >0 (positivo) si x f > x i x =0 si x f = x i x <0 (negativo) si x f < x i 7 Se define al desplazamiento x como cambio en la posición X Y P1P1 P2P2

8 Ejemplo Una persona se mueve de una posición inicial de x i = 3m a una posición x f = 15m x = 15m – 3m= 12m 8

9 Nos ocuparemos del MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN, por lo tanto el movimiento puede ser solo en 2 direcciones y se especifican fácilmente por los signos (+) y (-) sin ser necesaria la notación vectorial. 9 (+)(-)

10 VELOCIDAD 10

11 Velocidad 11 La velocidad es la magnitud física que estudia la variación de la posición de un cuerpo en función del tiempo respecto a un determinado sistema de referencia. Sus unidades por tanto son: m/s cm/s o Km / h etc...

12 VELOCIDAD La velocidad durante algún intervalo de tiempo t se define como el desplazamiento x divido por el intervalo de tiempo durante el cuál ocurrió dicho desplazamiento V = x = (x f – x i ) t (t f – t i ) La velocidad (vectorial) de un objeto se conoce solo si se especifica la dirección del movimiento y su rapidez (escalar) 12

13 RAPIDÉZ 13

14 RAPIDEZ RAPIDEZ MEDIA=DISTANCIA TOTAL TIEMPO TOTAL ES UN ESCALAR Ej: un hombre camina 3 km desde su casa empleando 3 h. Luego regresa por el mismo camino y demorando lo mismo que de ida: V m = X f – X i = 0 km = 0 km/hR m = 6 km = 1 km/h t f – t i 6 h 6 h 14

15 ACELERACION 15

16 ACELERACIÓN Cuando la velocidad de un objeto cambia con el tiempo, se dice que el objeto experimenta una aceleración. 16

17 ACELERACIÓN Supongamos que un auto se mueve a lo largo de una carretera. En el tiempo t 1, tiene una velocidad de v 1 y en un tiempo t f tiene un velocidad v f. La aceleración durante ese intervalo de tiempo se define como el cambio de la velocidad dividido entre el intervalo de tiempo. a= v = v f – v i t t f - t i 17

18 Ejemplo: supongamos que un auto acelera de una velocidad inicial de v i =+10m/s a una velocidad de v f =+30m/s en un intervalo de tiempo de 2.0s. a= v = 30m/s – 10m/s = +10m/s t 2.0s 18

19 M.R.U. Movimiento Rectilíneo Uniforme 19

20 MRU El movimiento es en línea recta. La velocidad permanece constante. La aceleración es nula (no existe) 20

21 MRU 21 ECUACIONES x = x 0 + v.t

22 22 V= cte

23 23 a = 0

24 M.R.U.V. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado 24

25 MRUV El movimiento es en línea recta. La velocidad varía (no es constante) La aceleración es constante. 25

26 ECUACIONES x=v o.t+1/2.a.t 2 26

27 27 v=v o +a.t

28 28 a=cte= 10m/seg 2

29 RESUMEN DE ECUACIONES MRU x=x 0 +v o.t V=cte a=0 MRUV x=v o.t+1/2at 2 v=v o +a.t v 2 =v o 2 +2.a.x Si el movimiento es desacelerado el valor de la aceleración tiene signo negativo 29

30 CAIDA LIBRE 30

31 CAIDA LIBRE Es un tipo de MRUV (acelerado) en el cuál la aceleración es la aceleración de la gravedad (g=9,8m/seg 2 ). Galileo demostró que 2 cuerpos de diferentes pesos caían al mismo tiempo al ser soltados desde una misma altura (sin considerar el roce del aire). Estos cuerpos describen un MRUV en donde la aceleración es un valor cte. 31

32 TIRO VERTICAL 32

33 La aceleración de la gravedad tiene un valor negativo en el caso de tiro vertical: a=-9,80m/s 2 Este signo surge de considerar el movimiento en una sola dimensión, tomando al eje y como dirección del desplazamiento. Hacia arriba toma valores (+) y hacia abajo valores (-). 33

34 DINÁMICA 34

35 TIPOS DE FUERZAS FUERZAS DE CONTACTO: resultan del contacto físico entre 2 cuerpos. FUERZAS DE CAMPO: fuerzas que actúan entre objetos que no están en contacto entre si. 35

36 LAS LEYES DE NEWTON 36

37 1 RA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE INERCIA 37

38 1 RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA INERCIA: tendencia de un cuerpo a continuar con su movimiento original. En la ausencia de fuerzas exteriores, todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho estado. 38

39 EJEMPLOS: Hay personas muy hábiles que pueden extraer el mantel de una mesa sin que los objetos que se encuentran encima se caigan. Al arrancar un ascensor hacia arriba, los pasajeros sienten un cosquilleo en el estómago debido a que sus cuerpos se resisten a ponerse en movimiento. CONCLUSIÓN: todos los cuerpos en reposo tienden a seguir en reposo 1 RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 39

40 EJEMPLOS: Cuando un colectivo frena, los pasajeros son impulsados hacia delante, como si trataran de seguir en movimiento. Un patinador, después de haber adquirido cierta velocidad, puede seguir avanzando sin hacer esfuerzo alguno, lo mismo ocurre con un ciclista. Si un conductor de automóviles acelera o disminuye su velocidad, ese cambio repercute en el cuerpo de los pasajeros inclinándose hacia delante o hacia atrás. CONCLUSIÓN: los cuerpos en movimiento tienden a mantener su velocidad 1 RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 40

41 Pero como sabemos, la velocidad es un vector y por lo tanto para que no varíe, se debe mantener su intensidad, dirección y sentido. EJEMPLO: Un automóvil que viaja por una carretera recta a una velocidad alta, al tomar una curva, vuelca, lo que demuestra la tendencia del automóvil a seguir en línea recta. CONCLUSIÓN: todos los cuerpos tienden a seguir moviéndose, pero con MRUtodos los cuerpos tienden a seguir moviéndose, pero con MRU 1 RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 41

42 No es correcto decir que un cuerpo que se encuentra en movimiento, tiende a seguir en movimiento ya que un cuerpo que tenga un MRUV no tiene la menor tendencia a mantenerlo sino a perderlo para seguir con MRU. 1 RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 42

43 2 DA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE MASA 43

44 2 DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA MASA: es la cantidad de materia que poseen los cuerpos. Está íntimamente relacionada con la inercia ya que a mayor masa de un cuerpo, mayor es su resistencia al movimiento (mayor Inercia) Por eso se dice que la masa de un cuerpo es una medida de su inercia. 44

45 Diferencia entre masa y peso El peso es una magnitud vectorial y la masa es un escalar. PESOPESO es la fuerza con la que la Tierra atrae los cuerpos y al tener una forma esférica aplanada en los polos, la fuerza peso no será la misma en todo el planeta. Mientras mas cerca del centro de la Tierra se encuentre el objeto, mayor será la fuerza de atracción, es decir que los cuerpos serán mas pesados en los polos que en el ecuador. Vemos que un cuerpo que tiene determinada masa, puede tener diferentes pesos de acuerdo a su ubicación sobre el planeta Tierra. 45

46 EJEMPLO : ¿ Qué relación hay entre Fuerza, masa y aceleración? Una fuerza aplicada a un cuerpo puede vencer su inercia y comunicarle una determinada aceleración. ¿ Qué relación hay entre Fuerza, masa y aceleración? EJEMPLO 1 Se tiene 2 carros iguales (misma masa), del primero tira un hombre con una fuerza F y del otro tira un caballo con una fuerza 3F. ¿ Cuál adquiere mayor aceleración? CONCLUSIÓN: A mayor fuerza, mayor aceleración. a F 2 DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 46

47 EJEMPLO 2 Se tiene 2 caballos iguales (misma fuerza), el primero tira un carro de masa m y el segundo tira de un carro de masa 4m. ¿ cuál adquiere mayor aceleración? CONCLUSIÓN: –A mayor masa, menor aceleración. a 1/m 2 DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 47

48 De los ejemplos 1 y 2 podemos concluir que: a = F / m PRINCIPIO DE MASA: la aceleración que adquiere un cuerpo bajo la acción de una fuerza es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masala aceleración que adquiere un cuerpo bajo la acción de una fuerza es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masa 2 DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 48

49 F = m.a La unidad para fuerzas en el sistema internacional es:La unidad para fuerzas en el sistema internacional es: [F] = [m].[a] = [kg].[m/s 2 ] = [N] 1 Newton = 1 Kg.m/s 2 2 DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 49

50 3 RA LEY DE NEWTON LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN 50

51 3 RA LEY. LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN 1.Cuando se dispara un arma de fuego, esta retrocede (culatazo). 2.Si un patinador hace fuerza contra la pared, retrocede como si la pared lo hubiera empujado a él. 3.Cuando una persona en un bote quiere alejarse de la orilla, apoya el remo a ella y hace fuerza hacia delante. El bote retrocede como si lo hubieran empujado desde la orilla. 51

52 3RA LEY. LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN las fuerzas de la naturaleza siempre existen en pares, no existen aisladas si dos objetos interactúan entre si, la fuerza F 12 (acción) ejercida por el objeto1 sobre el objeto2 es igual en magnitud pero con sentido contrario a la fuerza F 21 (reacción) ejercida por el objeto 2 sobre el objeto1si dos objetos interactúan entre si, la fuerza F 12 (acción) ejercida por el objeto1 sobre el objeto2 es igual en magnitud pero con sentido contrario a la fuerza F 21 (reacción) ejercida por el objeto 2 sobre el objeto1 En todos los casos, las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes. 52

53 3RA LEY. LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN EJEMPLO 1 Fg Fg La Tierra ejerce una fuerza Fg sobre un televisor apoyado sobre una mesa y el televisor ejerce una fuerza Fg sobre la tierra. Fg= -Fg nNormal El aparato no acelera hacia abajo debido a n, llamada fuerza Normal porque es normal o perpendicular a la superficie de contacto. n = -n n Si el televisor no se acelera, vemos que la fuerza Fg debe estar equilibrada por otra, en esta caso por n n = Fg = m.g 53

54 Diagramas de cuerpo libre Cuando aplicamos las leyes de Newton a un objeto, nos interesan solo aquellas fuerzas que actúan sobre el objeto. Debemos ser capaces de identificar todas las fuerzas que actúan sobre el. No se incluyen las reacciones en el diagrama de cuerpo libre. 54

55 Objetos en equilibrio Los objetos que se encuentran en reposo o movimiento con velocidad constante se dice que se encuentran en equilibrio. a = 0 F=0 F x =0 y F y =0 55

56 FUERZAS DE FRICCIÓN 56

57 FUERZA DE FRICCIÓN ESTATICA Son fuerzas que se oponen al movimiento de un cuerpo. EJEMPLO Queremos mover un objeto de masa m aplicando una fuerza F. Si F es pequeña, no se mueve (se opone f r ) Si F aumenta, f r también lo hace hasta que el cuerpo se mueve. f r e. N 57

58 FUERZA DE FRICCIÓN CINEMÁTICA Cuando el objeto comenzó a moverse, actúa una fuerza de fricción que tiende a frenarlo llamada f c f c = c. N Esta fuerza de fricción es menor que f e. Los valores de dependen solamente de la naturaleza de las superficies en contacto.Los valores de dependen solamente de la naturaleza de las superficies en contacto. 58

59 Conceptos de Trabajo y Potencia 59

60 TRABAJO 60

61 Concepto de Trabajo …me costó mucho trabajo entender la clase de física… … trabajo como infeliz y no me alcanza la plata… Concepto Físico: un organismo o una máquina realiza un trabajo, cuando vence una resistencia a lo largo de un camino 61

62 El trabajo que realiza la fuerza F es: W = F. x W = (F. cos. x Unidades: [W] = [F][L] = N.m = Joule 1 J = 1 N.m x La fuerza que se debe incluir en la fórmula es la componente de F en dirección al movimiento. 62

63 Ejemplo 1 Un hombre que limpia su departamento hala el depósito de una aspiradora con una fuerza de magnitud F=55.0 N. La fuerza forma un ángulo de 30.0º con la horizontal. El depósito se desplaza 3.00 m a la derecha. Calcular el trabajo realizado. W = (F.cos ). x = (55.0 N)(cos 30.0º)(3.00m) = 143 J 63

64 Ejemplo 2 Si la dirección de F es perpendicular al movimiento, W=0 W=F.cos. d=F. cos 90. d W=F. 0. d W= 0 NO SE REALIZA TRABAJO 64

65 POTENCIA 65

66 DEFINICIÓN: es el trabajo W que se realiza en cierto intervalo de tiempo t. P = W = F. x = F. v t t [P]=[W]/[t]=J / s= Watts 1 W = 1 J/s 66

67 FIN Espero que te haya gustado. Feliz día. 67


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