ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA FÍSICA 1 ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA

CINEMATICA

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

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

MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN

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

Se define al desplazamiento Dx como “cambio en la posición” Y P1 P2 Dx = xf – xi Dx >0 (positivo) si xf > xi Dx =0 si xf = xi Dx <0 (negativo) si xf < xi

Ejemplo Una persona se mueve de una posición inicial de xi= 3m a una posición xf= 15m Dx = 15m – 3m= 12m

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. (+) (-)

VELOCIDAD

Velocidad 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...

VELOCIDAD “La velocidad durante algún intervalo de tiempo Dt se define como el desplazamiento Dx divido por el intervalo de tiempo durante el cuál ocurrió dicho desplazamiento” V = Dx = (xf – xi) Dt (tf – ti ) La velocidad (vectorial) de un objeto se conoce solo si se especifica la dirección del movimiento y su rapidez (escalar)

RAPIDÉZ

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: Vm = Xf – Xi = 0 km = 0 km/h Rm = 6 km = 1 km/h tf – ti 6 h 6 h

ACELERACION

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

ACELERACIÓN Supongamos que un auto se mueve a lo largo de una carretera. En el tiempo t1, tiene una velocidad de v1 y en un tiempo tf tiene un velocidad vf. La aceleración durante ese intervalo de tiempo se define como el cambio de la velocidad dividido entre el intervalo de tiempo. a= Dv = vf – vi Dt tf - ti

Ejemplo: supongamos que un auto acelera de una velocidad inicial de vi=+10m/s a una velocidad de vf=+30m/s en un intervalo de tiempo de 2.0s. a= Dv = 30m/s – 10m/s = +10m/s Dt 2.0s

Movimiento Rectilíneo Uniforme M.R.U. Movimiento Rectilíneo Uniforme

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

MRU ECUACIONES x = x0 + v.t

V= cte

a = 0

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

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

ECUACIONES x=vo.t+1/2.a.t2

v=vo+a.t

a=cte= 10m/seg2

RESUMEN DE ECUACIONES MRU x=x0+vo.t V=cte a=0 MRUV x=vo.t+1/2at2 v=vo+a.t v2=vo2+2.a.x Si el movimiento es desacelerado el valor de la aceleración tiene signo negativo

CAIDA LIBRE

CAIDA LIBRE Es un tipo de MRUV (acelerado) en el cuál la aceleración es la aceleración de la gravedad (g=9,8m/seg2). 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.

TIRO VERTICAL

La aceleración de la gravedad tiene un valor negativo en el caso de tiro vertical: a=-9,80m/s2 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 (-).

DINÁMICA

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.

LAS LEYES DE NEWTON

EL PRINCIPIO DE INERCIA 1RA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE INERCIA

1RA 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”.

1RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 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”

1RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 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”

1RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 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 MRU”

1RA LEY: EL PRINCIPIO DE INERCIA 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.

2DA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE MASA

2DA 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.

Diferencia entre masa y peso El peso es una magnitud vectorial y la masa es un escalar. PESO 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.

2DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA EJEMPLO : 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 a F

2DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 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 a 1/m

2DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA 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 masa”

2DA LEY: EL PRINCIPIO DE MASA F = m.a La unidad para fuerzas en el sistema internacional es: [F] = [m].[a] = [kg].[m/s2] = [N] 1 Newton = 1 Kg.m/s2

3RA LEY DE NEWTON LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN

3RA LEY. LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN Cuando se dispara un arma de fuego, esta retrocede (culatazo). Si un patinador hace fuerza contra la pared, retrocede como si la pared lo hubiera empujado a él. 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.

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 F12 (acción) ejercida por el objeto1 sobre el objeto2 es igual en magnitud pero con sentido contrario a la fuerza F21 (reacción) ejercida por el objeto 2 sobre el objeto1” En todos los casos, las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes.

3RA LEY. LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN EJEMPLO 1 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’ El aparato no acelera hacia abajo debido a n, llamada fuerza Normal porque es normal o perpendicular a la superficie de contacto. 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

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.

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

FUERZAS DE FRICCIÓN

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 fr) Si F aumenta, fr también lo hace hasta que el cuerpo se mueve. fr ≤ me.N

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

Conceptos de Trabajo y Potencia

TRABAJO

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”

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

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 q ). Dx = (55.0 N)(cos 30.0º)(3.00m) = 143 J

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

POTENCIA

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

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