ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA

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

1 ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA
CLASE Nº 2 ELEMENTOS DE CINEMATICA Y DINAMICA

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

3 Farm. Pablo F. Corregidor
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 Farm. Pablo F. Corregidor

4 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.”

5 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

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

7 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. (+) (-)

8 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...

9 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)

10 Farm. Pablo F. Corregidor
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 h Farm. Pablo F. Corregidor

11 Farm. Pablo F. Corregidor
ACELERACIÓN Cuando la velocidad de un objeto cambia con el tiempo, se dice que el objeto experimenta una aceleración. Farm. Pablo F. Corregidor

12 Farm. Pablo F. Corregidor
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 Farm. Pablo F. Corregidor

13 Farm. Pablo F. Corregidor
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 s Farm. Pablo F. Corregidor

14 Movimiento Rectilíneo Uniforme
M.R.U. Movimiento Rectilíneo Uniforme Farm. Pablo F. Corregidor

15 Farm. Pablo F. Corregidor
MRU El movimiento es en línea recta. La velocidad permanece constante. La aceleración es nula (no existe) Farm. Pablo F. Corregidor

16 Farm. Pablo F. Corregidor
MRU ECUACIONES x = x0 + v.t Farm. Pablo F. Corregidor

17 Grafica velocidad-tiempo
V= cte

18 Grafica aceleración tiempo
Farm. Pablo F. Corregidor

19 Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado
M.R.U.V. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado Farm. Pablo F. Corregidor

20 Farm. Pablo F. Corregidor
MRUV El movimiento es en línea recta. La velocidad varía (no es constante) La aceleración es constante. Farm. Pablo F. Corregidor

21 Farm. Pablo F. Corregidor
ECUACIONES x=x0+vo.t+1/2.a.t2 Farm. Pablo F. Corregidor

22 Farm. Pablo F. Corregidor
v=vo+a.t Farm. Pablo F. Corregidor

23 Farm. Pablo F. Corregidor
a=cte= 10m/seg2 Farm. Pablo F. Corregidor

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

25 Farm. Pablo F. Corregidor
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. Farm. Pablo F. Corregidor

26 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 (-).

27 Farm. Pablo F. Corregidor
DINÁMICA Farm. Pablo F. Corregidor

28 Farm. Pablo F. Corregidor
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. Farm. Pablo F. Corregidor

29 Farm. Pablo F. Corregidor
LAS LEYES DE NEWTON Farm. Pablo F. Corregidor

30 EL PRINCIPIO DE INERCIA
1RA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE INERCIA Farm. Pablo F. Corregidor

31 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”. Farm. Pablo F. Corregidor

32 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” Farm. Pablo F. Corregidor

33 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” Farm. Pablo F. Corregidor

34 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” Farm. Pablo F. Corregidor

35 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. Farm. Pablo F. Corregidor

36 Farm. Pablo F. Corregidor
2DA LEY DE NEWTON EL PRINCIPIO DE MASA Farm. Pablo F. Corregidor

37 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. Farm. Pablo F. Corregidor

38 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 Farm. Pablo F. Corregidor

39 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 Farm. Pablo F. Corregidor

40 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” Farm. Pablo F. Corregidor

41 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 Farm. Pablo F. Corregidor

42 Farm. Pablo F. Corregidor
3RA LEY DE NEWTON LA ACCIÓN Y LA REACCIÓN Farm. Pablo F. Corregidor

43 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. Farm. Pablo F. Corregidor

44 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. Farm. Pablo F. Corregidor

45 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 Farm. Pablo F. Corregidor

46 Conceptos de Trabajo y Potencia
Farm. Pablo F. Corregidor

47 Farm. Pablo F. Corregidor
TRABAJO Farm. Pablo F. Corregidor

48 Concepto de Trabajo “…me costó mucho trabajo entender la clase de física…” “… trabajo como infelíz 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”

49 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.

50 Ejemplo 1 Un hombre que limpia su departamento jala 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

51 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”

52 POTENCIA

53 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

54 FIN