Fuerza y Torque en la Kinesiología – Introducción

Presentación del tema: "Fuerza y Torque en la Kinesiología – Introducción"— Transcripción de la presentación:

1 Fuerza y Torque en la Kinesiología – Introducción
Dr. Willy H. Gerber Objetivos: Comprender el concepto de fuerza y torque y aplicarlos a lo que es la mecánica del movimiento del cuerpo. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

2 Sir Isaac Newton – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

3 Pensadores anteriores
Aristóteles enunciaba: Todo cuerpo tiende a detenerse. El estado natural de las cosas es no presentar movimiento. Galileo cuestionaba: En que sistema esta sin movimiento? Siempre lo podre observar desde un sistema que se desplace a velocidad Constante respecto del primero y concluir que se desplaza a velocidad constante. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

4 Inercia Sir Isaac Newton concluye… Newton concluye:
Todo cuerpo busca mantener su estado actual. Según Asimov (escritor de ciencia ficción): “todo cuerpo es flojo de cambiar su estado” Hablamos de que los cuerpos tienen: Inercia – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

5 Ejemplo “magia”… – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

6 Ejemplo “magia”… Pero cuidado si lo hace lento o no pone atención …
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

7 Se rompe por el punto mas débil …
Rápido Lento – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

8 Mas ejemplos Rápido Lento Disparo contra madera
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

9 Lo mismo en el juego – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

10 Demostrando que la tierra gira> el péndulo de Foucault
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

11 Caso catastrófico Accidente del Space Shuttle Columbia
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

12 Primera ley de Newton: ley de inercia
Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare. Todo cuerpo mantiene su estado ya sea inmóvil o moviéndose en forma uniforme en forma recta, a menos que actúa una fuerza sobre el. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

13 Primera ley de Newton: ley de inercia
Veamos si se entendió: – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

14 El impulso Si queremos “describir la inercia” debemos definir alguna variable que se asocie a ella Definimos el “impulso” que tiene un cuerpo como la velocidad multiplicado por una constante que denominaremos “masa inercial”: p = minercialv = miv [kg m/s] Cuidado estas masa no tiene ninguna relación “a priori” con la masa gravitacional. De hecho “existe” y se aplica en la tierra, en la luna o en la mitad del espacio donde no existe ninguna gravedad. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

15 Podemos impulsar objetos
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

16 Podemos jalar un cuerpo
Pero nos va a costar mas o menos según el ángulo! – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

17 Podemos jalar un cuerpo
Difícil Fácil – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

18 Si medimos … – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

19 Podemos jalar un cuerpo
Se comporta como si solo su proyección en la horizontal contara!!! – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

20 Segunda ley de Newton: ley de la aceleración
Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur. La tasa de cambio del impulso de un cuerpo es proporcional a la resultante de la fuerza que actúa sobre el cuerpo y en la misma dirección. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

21 Segunda ley de Newton: ley de la aceleración
En el caso de que la masa inercial es constante podemos simplificar la ecuación: p t F = [N = kg m/s2] (miv) t v t F = = mi = mi a F = mi a – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

22 Fuerza gravitacional Una fuerza conocida es la gravitacional F = mg g
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

23 Curiosidad La naturaleza se comporta como si no existiera diferencia entre masa inercial y masa gravitacional por lo que en caso de caída libre: F = mi a = mg g mi = mg a = g O sea, de no existir roce (con el aire por ejemplo) todo cuerpo Caerá con la misma aceleración. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

24 Curiosidad O sea plomo o pluma caen igual: en aire en vacio
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25 Curiosidad O en la luna – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

26 Conservación del impulso
Si no hay fuerza externa el impulso se conserva: p t F = = 0 p = constante – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

27 Fuerzas aplicadas Cada vez que aplico una fuerza obtengo una reacción:
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28 Tercera ley de Newton: ley de la acción reciproca
Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi. Toda fuerza ocurre en pares, y estas dos fuerzas son iguales en magnitud y dirección opuesta. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

29 Tercera ley de Newton: ley de la acción reciproca
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30 Tercera ley de Newton: ley de la acción reciproca
Cuando caminamos empujamos la tierra – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

31 Imposibles por la tercera ley
El efecto Muenchausen – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

32 La forma correcta – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

33 Un problema: existen situaciones en que las fuerzas están “desfasadas”
De hecho como hacemos rotar un cuerpo? – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

34 Torque = Fuerza x Brazo perpendicular a esta
Existe el equivalente a la fuerza en lo que es la rotación y se denomina Torque. Su relación con la fuerza es: Torque = Fuerza x Brazo perpendicular a esta T = rF [Nm = kgm2/s2] r F – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

35 Analogía de la tercera ley de Newton
Existe una relación entre el Torque y la aceleración angular que este genera: T = I  En donde: T: Torque [Nm = kgm2/s2] I: Momento de Inercia [kgm2] : Aceleración angular [rad/s2] El momento de inercia es la suma de las masas multiplicado por el cuadrado de la Distancia de esta al eje. – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

36 Tabla de Momentos de Inercia
½ MR2 MR2 b 1/12 M(a2+b2) a 3/2 MR2 2MR2 1/12 ML2 ½ M(a2+b2) MR2 1/12 ML2 2/5 MR2 ½ MR2 + 1/12 Mw2 1/3 ML2 7/5 MR2 – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

37 Efecto de la gravedad sobre un cuerpo que rota
En analogía a la caída libre podemos tener “el rodar libre”. Eso si aquí El momento de inercia no es necesariamente igual en distintos cuerpos MR2 ½ MR2 – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

38 Impulso angular En analogía al impulso existe un Impuso angular:
En donde: L: Impuso angular [Nm = kgm2/s] I: Momento de Inercia [kgm2]  : Velocidad angular [rad/s] – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

39 Impulso angular Si no existe torque sobre un sistema el impuso angular se conserva L = I1 1 = I2 2 = constante o 1/2 = I2/I1 – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

40 Impulso angular Otras formas de hacer lo mismo
– UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07

41 Usando el juego de variar el momento de inercia
Como funciona el columpio Porque un gato siempre cae de pie? – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Fuerza y Torque-Introducción – Versión 10.07