Física Básica

Conceptos de Física Básica En esta lección, revisaremos conceptos básicos de física y los demostraremos usando nuestra caja de cambios LEGO. Fuerza y Momento Leyes de Newton Trabajo y Potencia Fricción

Caja de Cambios Realice estas modificaciones a la caja de cambios de la lección previa: Coloque topes aquí. Saque el motor y la barra doble. Saque el sensor de rotación.

Caja de Cambios Realice estas modificaciones a la caja de cambios de la lección previa: Agregue otra barra de 1x16 aquí. Agregue ruedas de polea y conectores grises (para ser usados como manivelas).

Conceptos Básicos - Fuerza ¿Qué es una “fuerza?” Una fuerza produce el movimiento de una masa (esta se acelera). Esto se resume en la segunda Ley de Newton: F = m x a (De hecho, la unidad de fuerza se llaman “Newton.”) Pregunta: ¿Qué fuerza experimentamos todos los días? Respuesta: El peso, debido a la aceleración de la gravedad.

Conceptos Básicos - Momento ¿Qué es “Momento”? El momento se puede visualizar como una fuerza rotacional. Provoca la rotación de una masa. este motor produce un momento. Nos interesa el “momento” porque trataremos con motores y ejes rotacionales.

Fuerza y Momento ¿Cómo se relacionan fuerza y momento? Brazo de momento. Una fuerza crea momento al actuar a través un brazo de momento. …produce un momento aquí. Una fuerza aquí... La relación es M = F x r. r es la longitud del brazo de momento (en este caso, la longitud de la llave).

Engranajes y Momento Hasta ahora, hemos dicho que los engranajes cambian la velocidad. Pero, también cambian el momento. Pregunta: ¿Cuál es la relación de transmisión de esta caja de cambios? Respuesta: 75 a 1 Significa que el eje de salida gira 75 veces más lento que el eje de entrada. También significa que el eje de salida tiene 75 veces más momento que el eje de entrada.

Engranajes y Momento Intente este experimento. Una persona mueve esta manivela. Y otra trata de sujetar esta otra manivela

Engranajes y Momento ¿De donde viene todo este “momento”? Considere un par de engranajes conectados. F Un momento en este eje... …produce una fuerza en los dientes. t r El brazo de momento es el radio del engranaje. Recuerde que: M = F x r

Engranajes y Momento La fuerza de los dientes del engranaje chico empuja contra los dientes del grande. Esto crea una fuerza igual (y opuesta) En el engranaje grande. Esto es la tercera ley de Newton. F …y eso origina el momento más grande en este otro eje. r t Porque, la fuerza actúa a través de este otro brazo de momento más grande...

Engranajes y Momento M1 = F1 x r1 M2 = F2 x r2 Análisis de fuerzas... F1 = M1 / r1 F2 = M2 / r2 F1 = - F2 M1 / r1 = -M2 / r2 -M2 / M1 = r2 / r1 F1 = -F2 t2 r2 t1 r1 La razón de los momento es la de los radios de los engranajes. Y eso es justo la relación de transmisión.

Engranajes y Momento Los engranajes pueden incrementar el momento que ejercen sobre algo. El momento aumenta Pero, se paga un precio. ¿Sabe cuál es ese precio?

Conceptos Básicos - Trabajo El Trabajo (en física) se define como una fuerza que actúa desplazando un elemento a una distancia. W = F x d El Trabajo en términos de rotación es un momento que actúa haciendo girar un elemento un cierto ángulo. W = M x q

Trabajo Comprender las dos componentes del trabajo es la clave. Pregunta: ¿Donde es más eficiente tomar la llave?

Trabajo …pero su brazo recorre una distancia mayor. …pero no logra moverse mucho. …pero su brazo recorre una distancia mayor. Si la toma por aquí, necesita mucha fuerza... Si la toma por aquí no se requiere demasiada fuerza...

Trabajo ¡Necesitamos el mismo trabajo apretar la tuerca en ambas posiciones! Se puede optar entre mucha fuerza y poca distancia. W = F x d O poca fuerza y mucha distancia. W = f x D

Trabajo Pregunta: ¿Cuál rampa elegiría para mover un peso a lo alto de la caja azul? Respuesta: Esta rampa requiere menos fuerza, pero es necesario mover el peso una distancia más larga.

Trabajo Con nuestra caja de cambios, es posible crear un gran momento aquí... …pero a expensas de girar mucho esta manivela! Recuerde: W = M x q

Potencia La Potencia es la relación entre el trabajo realizado y el tiempo empleado. Se puede definir como trabajo realizado cada unidad de tiempo. Potencia = Trabajo / tiempo Como el trabajo, la potencia tiene 2 componentes, fuerza y velocidad. P = F x v (v es la velocidad).

Potencia La potencia tiene las mismas desventajas que el trabajo. Un motor produce la misma cantidad de potencia. Potencia total Potencia total Así, se puede tener un robot rápido, pero débil O, un robot lento, pero fuerte. Velocidad Empuje Velocidad Empuje La potencia total de entrada debe ser igual a la potencia total de salida (con una excepción)...

Fricción = Mala La Fricción surge cuando dos superficies se frotan. La fricción en nuestra caja de cambios provoca una pérdida de la potencia de entrada. La pérdida se transforma en calor.

Fricción = Buena Pero, la fricción es también lo que permite moverse a su robot. La rueda produce una fuerza friccional o de rozamiento en contra del piso, gracias a la cual el robot se mueve.

Resumen – Puntos Claves Una fuerza produce el movimiento de una masa. El momento es una fuerza rotacional. El trabajo tiene 2 componentes, fuerza y distancia. Los engranajes permiten incrementar una componente del trabajo a expensas de la otra. La potencia es el producto de fuerza por velocidad. Un robot puede ser lento y fuerte ó rápido y débil. La fricción produce pérdidas de potencia, pero también facilita el avance del robot en el terreno..