Física, Leyes, Vectores Prof. Egberto Hernandez Autor: Prof. Melissa Díaz, BSEE, MEM/EM

¿Que es física? La física puede definirse como la ciencia que investiga los conceptos fundamentales de la materia, la energía y el espacio, así como las relaciones entre ellos.

Múltiplos y submúltiplos de unidades del SI Prefijo Símbolo Multiplicador Ejemplo tera T 1 terametro (Tm) giga G 1 gigametro (Gm) mega M 1 megametro (Mm) kilo k 1 kilometro (km) centi c 1 centímetro (cm) mili m 1 milímetro (mm) micro μ 1 micrómetro (μm) nano n 1 nanómetro (nm) - Ǻ 1 angstrom (Ǻ) pico p 1 picometro (pm)

Inercia La inercia es la resistencia al cambio de movimiento de los cuerpos. Por tanto, en el vacío, una pluma y una bola de acero caerán al mismo tiempo porque el efecto inercial mayor de la bola de acero se compen­sa exactamente con su mayor peso En el vacío todos los cuerpos caen con igual aceleración.

Inercia

Primera Ley de Newton Un cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa no equilibra­da actúe sobre él.

Segunda Ley de Newton La aceleración a de un objeto en la dirección de una fuerza resultante (F) es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a la masa (m).  

Tercera Ley de Newton Para cada fuerza de acción debe haber una fuerza de reacción igual u opuesta.

Fuerza Neta (Fn) Es la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Cuando se aplica fuerza a un objeto en la misma dirección o en direcciones opuestas, se encuentra que la aceleración del objeto es proporcional a la suma algebraica de las fuerzas. Si las fuerzas están en la misma dirección, simplemente se suman, si están en direcciones opuestas se restan.

Fuerza Neta F1= Hombre    F2 = Mujer F1=4n F2=3n Desarrollo F1 + F2 =Fn 4n + 3n =7n Fn = 7n

Fuerza Neta

Caída Libre Se le llama caída libre al movimiento que se debe únicamente a la influencia de la gravedad. Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. En la Tierra este valor es de aproximadamente 9,8 m/s², es decir que los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo .

Caída Libre En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. La aceleración a la que se ve sometido un cuerpo en caída libre es tan importante en la Física que recibe el nombre especial de aceleración de la gravedad y se representa mediante la letra g.

Caída Libre Lugar g (m/s2) Mercurio 2.8 Venus 8.9 Tierra 9.8 Marte 3.7 Jupiter 22.9 Saturno 9.1 Urano 7.8 Neptuno 11.0 Luna 1.6

Caída Libre  

Caída Libre  

Caída Libre ¿Se puede subir en caída libre? Si Si lanzamos un cuerpo verticalmente hacia arriba, alcanzará una altura máxima y después caerá. Tanto la fase de subida como la de bajada son de caída libre porque así llamamos a los movimientos que sólo dependen de la gravedad.

Caída Libre Mientras el cuerpo va hacia arriba, su rapidez disminuye y por lo tanto la gravedad estará dirigida en sentido contrario, es decir hacia abajo. Ejemplo Supón que estamos en la Luna y lanzamos un cuerpo verticalmente hacia arriba con una rapidez de 30 m/s, ¿qué altura máxima alcanzará?

Caída Libre

Caída Libre Suponga que una pelota se arroja hacia arriba con una velocidad inicial de 96 ft/s; explique, sin utilizar ecuaciones, cómo el movimiento ascendente es exactamente inverso al movimiento descendente. (pag 143) g = 32ft/s2

Caída Libre Una pelota de beisbol arrojada verticalmente hacia arriba desde la azotea de un edificio alto tiene una velocidad inicial de 20 m/ s. (a) Calcule el tiempo necesario para que alcance la altura máxima. (b) Determine la altura máxima. (c) Determine su posición y su veloci­dad después de 1.5s. (d) ¿Cuáles son su posición y su velocidad después de 5 s? (pag 145)

Caída Libre Velocidad inicial de 20 m/ s. (a) Calcule el tiempo necesario para que alcance la altura máxima. Despejando para tiempo (t) Sustituir en ; t = (Vf-Vo)/g t= 2.04 seg

Caída Libre Velocidad inicial de 20 m/ s. (b) Determine la altura máxima. Sustituir; y= 20.4 m

Caída Libre Velocidad inicial de 20 m/ s. (c) Determine su posición y su velocidad después de 1.5s. Sustituir; Vf = 20m/s + (-9.8m/s^2)(1.5seg) Vf= 5.3m/s y= (((5.3m/s+20m/s)/2)(1.5seg))= y= 18.975m

Caída Libre Velocidad inicial de 20 m/ s. (d) ¿Cuáles son su posición y su velocidad después de 5 s? (pag 145) Para calcular la velocidad tenemos que tener en cuenta que la pelota le tomo 2.04 seg en subir a la altura maximo y luego le tomo 2.04 seg llegar a la posicion inicial, en ese punto la velocidad seria igual a la velocidad inicial pero inversa (-20 m/s). Tiempo restante seria la diferencia de 2.04 seg + 2.04 seg – 5 seg = -0.92 segundos. Vf= -20m/s + ((9.8m/s)(-0.92 seg))= Vf= -29.018 m/s Buscar la pocision; y= (( -29m/s+ -20m/s)2) ( -0.92seg)= y= 22.5 m

Caída Libre Una pelota de beisbol arrojada verticalmente hacia arriba desde la azotea de un edificio alto tiene una velocidad inicial de 20 m/ s. (a) Calcule el tiempo necesario para que alcance la altura máxima. (b) Determine la altura máxima. (c) Determine su posición y su veloci­dad después de 1.5s. (d) ¿Cuáles son su posición y su velocidad después de 5 s? (pag 145)

Cantidades Vectoriales y Escalares Una cantidad escalar se especifica totalmente por su magnitud, que consta de un número y una unidad. Algunas cantidades escalares comunes son la masa, rapidez, distancia, tiempo, volúmenes, áreas entre otras. 30 kg + 40 kg = 70 kg 20 s + 43 s = 63 s

Cantidades Vectoriales y Escalares Una cantidad vectorial se especifica totalmente por una magnitud y una dirección. Consiste en un número, una unidad y una dirección. Entre algunas cantidades vectoriales comunes en física son: la velocidad, aceleración, desplazamiento, fuerza, cantidad de movimiento entre otras. una velocidad de 30 km/h hacia el norte velocidad de 30 m/s a 60º desde el origen del marco de referencia dado

Representación Grafica de un Vector

Representación Grafica de un Vector

Representación Grafica de un Vector

Suma de Vectores Se pueden sumar dos vectores en una dimensión cuando se coloca la cola de un vector en la punta del otro vector.

Suma de Vectores En el método matemático se suman o restan dependiendo de las magnitudes. A la dirección este y norte se le asigna signo positivo y a la dirección oeste y sur se le asigna signo negativo.

Suma de Vectores – Método Polígono Este método es muy útil para los casos donde se tienen que sumar mas de dos vectores. El método del polígono para sumar vectores Elija una escala y determine la longitud de las flechas que corresponden a cada vector. Dibuje a escala una flecha que represente la magnitud y dirección del primer vector. Dibuje la flecha del segundo vector de modo que su cola coincida con la punta de la flecha del primer vector.

Suma de Vectores – Método Polígono El método del polígono para sumar vectores Continúe el proceso de unir el origen de cada vector con las puntas hasta que la magnitud y la dirección de todos los vectores queden bien representadas. Dibuje el vector resultante con el origen (punto de par­tida) y la punta de flecha unida a la punta del último vector. Mida con regla y transportador para determinar la magnitud y la dirección del vector resultante.

Suma de Vectores – Método Polígono Un barco recorre 100km hacia el Norte durante el primer día de viaje, 60 km al noreste el segundo día y 120km hacia el Este el tercer día. Encuentre el desplazamiento resultante con el método del polígono.

Suma de Vectores – Método Paralelogramo Este método es muy útil para los casos donde se tienen que sumar solo dos vectores. El método del polígono para sumar vectores Consiste en colocar los dos vectores, con su magnitud a escala, dirección y sentido originales, en el origen, de manera que los dos vectores inicien en el mismo punto. Los dos vectores forman dos lados adyacentes del paralelogramo. Los otros lados se construyen trazando líneas paralelas a los vectores opuestos de igual longitud.

Suma de Vectores – Método Paralelogramo El método del polígono para sumar vectores El vector resultante se representa a escala mediante un segmento de recta dado por la diagonal del paralelogramo, partiendo del origen en el que se unen los vectores hasta la intersección de las paralelas trazadas.

Suma de Vectores – Método Polígono Encuentre la fuerza resultante sobre el burro de la figura 3.11, si el ángulo entre las dos cuerdas es de 120°. En un extremo se jala con una fuerza de 60 lb y, en el otro, con una fuerza de 20 lb. Use el método del paralelogramo para sumar los vectores.