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Transcript
  • Cinemática.
  • Dinámica (Diagrama de fuerza - cuerpo libre- Leyes de Newton).
  • Trabajo mecánico - potencia - rendimiento.

Oral de Física: Segunda parte.

Trabajo realizado por: Cancela Mercedes, Costa Inés, Galván Benjamín y Wichmann Camila.

CINEMÁTICA

Estudio del movimiento

El movimiento es relativo, lo que describimos es el movimiento en relación con algo más.

Sistema de referencia:

Cinemática

  • punto desde donde se está observando (personas).
  • objetos.
  • puntos fijos en el piso.

Ejemplo:

Un chico sentado en una calesita se mueve respecto del lugar donde se ubica su mamá que lo espera, pero permanece quieto (estado de reposo) respecto del caballito que está ubicado a su lado.

Trayectoria

Desplazamiento

Distancia entre la posición inicial y la final, es decir, cuánto se mueve de un punto a otro.

Camino recorrido por un cuerpo de un punto a otro en el espacio, de este modo, lo podríamos pensar como una línea imaginaria formada por todos los puntos del camino recorrido por el cuerpo.

Trayectoria y desplazamiento

Por ejemplo, en la imagen podemos apreciar que la trayectoria hace referencia al camino que recorre el automóvil, en este caso, una trayectoria curvilínea;mientras que por otro lado, el desplazamiento nos da a entender que es la distancia desde el punto A (posición inicial del automóvil) al punto B (posición final, la casa).

Rapidez

Velocidad

  • Cuánta distancia recorre un objeto en un tiempo determinado, por ejemplo, cuando decimos que un automóvil viaja a 60 km/h.
  • Es una magnitud escalar, es una descripción de qué tan rápido se mueve el objeto (módulo del vector).
  • Puede ser instantánea (rapidez en cualquier instante) o media (promedio de rapidez en un intervalo de tiempo)
  • Abarca tanto la rapidez como la dirección de un objeto.
  • Nos indica qué tan rápido se mueve el objeto y en qué dirección, por ejemplo, cuando decimos que un automóvil se mueve a 60 km/h (rapidez) al norte (dirección).
  • Es una cantidad vectorial (se la representa mediante un vector) : especifica tanto dirección como magnitud.
  • Su unidad de medida en el S.I es el metro por segundo (m/s).
  • Fórmula, nos indica el cambio de posición de un objeto en relación al cambio de tiempo:

Velocidad, rapidez y aceleración

Aceleración:

medida del cambio o variación de la velocidad en relación al tiempo. Su unidad de medida en el S.I es el metro por segundo al cuadrado. Su fórmula es:

MOVIMIENTOS:

Movimientos rectilíneos uniformes: la velocidad del cuerpo se mantiene constante (no cambia). La velocidad final será la misma que la inicial. La

aceleración será 0. La posición final será igual a la suma de la posición inicial, más el desplazamiento. Constante respecto a la velocidad.

Movimientos

rectilíneos uniformes y variables

Movimientos rectilíneos uniformes variables: movimiento en línea recta que varía su velocidad. Aceleración positiva o negativa. La velocidad final será su velocidad inicial, sumado al aumento de aceleración en el tiempo (cambio de velocidad). La posición final será igual a la posición inicial, más el desplazamiento en relación a una velocidad promedia.

gráficos

gráfico 1: rectilíneo uniforme. A medida que pasa el tiempo, el cuerpo se mantiene en la misma posición. Su velocidad no está cambiando, se mantiene en 0.

gráfico 2: rectilíneo uniforme variable. A medida que pasa el tiempo, la pendiente de velocidad aumenta. Por eso la aceleración aumenta.

gráfico 3: rectilíneo uniforme variable. Durante el primer tramo se mantiene constante. Luego comienza a bajar su velocidad, por ende varía la aceleración. Hay 2 movimientos juntos.

- Movimiento rectilíneo uniforme acelerado:

Un automóvil parte del reposo y acelera uniformemente hasta alcanzar una rapidez de 20 m/s en 4 segundos. Determinar su aceleración y su distancia.

Problema 1

- MOVIMIENTO: M.R.U.A

1) aceleración:

a = Vf - Vo / t

a = ( 20m/s - 0 ) / 4s

a = 5m/s2

información:

Vo = 0

Vf = 20m/s

T = 4s

a = ?

d = ?

resolución

2) distancia:

d = [(Vo + Vf) / 2] . t

d = [0 + 20m/s) / 2] . 4s

d = 40m

- Movimiento rectilíneo uniforme:

Problema 2

Un motociclista viaja por una carretera recta a una velocidad constante de 90 km/h. Determinar la distancia que recorre en 5 minutos.

- MOVIMIENTO: M. R .U

distancia:

d = v . t

d = 25m/s . 300s

d = 7500m

información:

v = 90km/h = 25m/s

t = 5min = 300s

d = ?

resolución

Leyes de Newton

Dinámica

Primera Ley de Newton

“Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actuen sobre el”.

Σ Fn = 0 ↔<---> dv/dt = 0

Si la fuerza neta (Fn) aplicada sobre un cuerpo es igual a cero, la aceleración del cuerpo, resultante de la división entre velocidad y tiempo (dv/dt), también será igual a cero.

Formula

Pedaleo en bicicleta: podemos avanzar con nuestra bicicleta unos cuantos metros tras haber pedaleado y dejar de hacerlo, la inercia nos hace avanzar hasta que la fricción o el rozamiento la supera, entonces la bicicleta se detiene.

Ejemplo

"La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, tiene la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa del objeto."

Segunda Ley de Newton

Formula: F= m.a

En donde:

F = fuerza neta

m = masa, expresada en Kg.

a = aceleración, expresada en m/s2 (metro por segundo al cuadrado).

Formula

Para calcular la fuerza necesaria para empujar el auto hasta la estación de servicio más cercana, suponiendo que movemos un auto de una tonelada alrededor de 0,05 metros por segundo, podremos estimar la fuerza ejercida sobre el auto, que, en este caso será de unos 100 newtons.

Ejemplo

Caida libre

En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. En el caso de un cuerpo en caída libre, en relación a la Segunda Ley de Newton, la fuerza neta es igual al peso. Ya que la aceleración seria la aceleración gravitatoria (9.8 m/s2) que se multiplicaría por la masa. Peso = m x g

Por ejemplo, cuando se tira una pelota de 3kg desde un segundo piso. En ese caso para calcular la fuerza neta de la pelota, deberíamos multiplicar la masa de la pelota por su aceleración (aceleración de la gravedad). Y por lo tanto la fuerza neta coincidirá con el peso de la pelota.

Ejemplo

Peso de la pelota = 3kg x 9,8m/s2 = 29,4 N.

Fuerza neta = 3kg x 9,8m/s2 = 29,4 N.

"Las fuerzas siempre ocurren en pares. Si el objeto A ejerce una fuerza (F) sobre el objeto B, entonces el objeto B ejerce una fuerza igual y opuesta (-F) sobre el objeto A"

Tercera Ley de Newton

Entonces podemos identificar una fuerza de acción y una fuerza de reacción, y expresa la tercera ley de Newton de la siguiente manera: "A cada acción siempre se le opone una reacción igual".

Conceptos importantes

Ejemplo

Cuando jugas al fútbol y golpeas la pelota, es la fuerza que ejerces sobre la misma la que hace que salga disparada. Esta, a su vez, ejerce una fuerza de reacción sobre tu pie que hará que retroceda alejándose de la zona del impacto.

Fuerza

¿Que es una fuerza? Es una magnitud capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma dada de un cuerpo o una partícula.

Tipos de fuerza:

Fuerza de contacto: Es la fuerza que se ejerce a partir del contacto físico directo entre un cuerpo y otro. Ejemplos: Cuando nos apoyamos en una pared, empujamos un banco, escribimos, pateamos una pelota, nos colgamos de una soga, etc.

Fuerza a distancia: Es la fuerza que puede ejercerse sin contacto físico alguno entre los cuerpos. Ejemplo: una manzana caerá del árbol porque se encuentra cerca de la superficie de la Tierra y esta ejerce siempre una fuerza de atracción sobre ella, sea que esté suspendida del árbol a cierta altura, que se encuentre encima de una mesa o simplemente esté sobre el suelo. El peso de la manzana actúa siempre y hace que la manzana caiga en cuanto la oportunidad se presente.

Cuerpo en reposo

Relación con la tercera ley de Newton: la fuerza de acción y reacción son iguales (mismo módulo), y opuestas (sentido opuesto); se encuentra en equilibrio (Fr=0).

Cuerpo en movimiento

Diagrama de fuerzas

Diagrama de fuerzas

Trabajo mecánico

¿Qué es?

Trabajo mecánico

Expresado:

W = F. ΔX

Se llama trabajo mecánico a aquel desarrollado por una fuerza cuando ésta logra modificar el estado de movimiento que tiene un objeto. El trabajo mecánico equivale, por lo tanto, a la energía que se necesita para mover el objeto

Ejemplos y unidades

Siempre que una fuerza se aplica sobre un cuerpo y lo desplaza, realiza un trabajo mecánico que puede medirse en julios.

Cuando el trabajo mecánico (que se simboliza con una letra W, por el término inglés “work”) es expresado a través de una ecuación, se menciona que W es igual a la fuerza que se aplica por la distancia que se recorre. Esto se debe a que el trabajo mecánico supone que la fuerza se aplica en una determinada trayectoria.

FUNCTION

DETAILS

Fuerzas que se les aplica al cuerpo

Fricción: se opone al movimiento. En este caso es negativa porque está en la misma dirección que el desplazamiento pero en sentido opuesto

Peso (W): fuerza que hace la Tierra hacia abajo. En este caso no está realizando trabajo

Fuerza (F): es positiva porque ambos están en el mismo sentido y dirección

Normal (N): no está haciendo trabajo.

Ejemplo

Situación: empujar un auto con las manos

Si al hacerlo, se desliza en la misma dirección que la fuerza que está haciendo tus manos, se está realizando un trabajo

Ejemplo

Potencia y rendimiento

Potencia:

Potencia y rendimiento

La magnitud que mide con la rapidez con la que se transfiere la energía, se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo

P=W/ΔT

Potencia ejemplo

¿Qué es?

Ejemplo:

Una máquina pierde el 40% de la energía, ¿cuál es la potencia del motor?

Rendimiento

Pu= 0,882KW

60 % = 0,882/ps . 100

60 ps: 0,882 . 100

Ps = 0,882 . 100/60= 1,47 KV

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