Física: Dinámica Conceptos básicos y Problemas

1 Dictado por: Profesor Aldo Valcarce 2do semestre 2014 F sica: Din mica Conceptos b sicos y Problemas FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Cinem tica Din mica Descripci n del movimiento. C mo se mueve? Causas del movimiento. Por qu se mueve? Mec nica FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 La historia Arist teles (384-322 ) Estado natural de un objeto es el reposo (Libro II de F sica, 350 ). Se necesita una fuerza para mantener un objeto en movimiento. Galileo (1564-1642) Imagin un mundo ideal sin roce (El Di logo, 1632). Movimiento con velocidad constante no requiere una fuerza. Isaac Newton (1642-1727) Las leyes de Newton (Principia, 1687) FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 F sica, por Arist teles FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Publicaci n Galileana Trabajo m s famoso: Dialogo sobre los dos principales sistemas del mundo (publicado en 1632) Escrito en el idioma nativo.

2 Dialogo entre tres personajes. Ingenioso, gracioso, accesible, f cil lectura y persuasivo. Prohibido, pero ampliamente le do e influente. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Publicaci n Newtoniana Trabajo m s famoso: Philosophiae Naturais Principia Mathematica (publicado en 1687) Escrito en Lat n, altamente t cnico, altamente matem tico. Deliberadamente dif cil, para evitar que su conocimiento fuese robado. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Resultados Consecuencias de los diferentes modelos de publicaci n: Inquisici n Lecci n de la Historia: Publicaci n newtoniana es mejor para la carrera cient fica. Sir Isaac Newtown FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Concepto de Fuerza Algunos tipos de fuerzas: Fuerza de Gravedad (peso).

3 Fuerza normal. Tensi n de cuerdas. Fuerza de roce. Se entiende por fuerza cualquier acci n o influencia que modifique el movimiento de un cuerpo. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Fuerza: Las Leyes de Newton La Primera Ley: La ley de inercia Todo cuerpo contin a en su estado de reposo o de velocidad constante (en l nea recta) a menos que sobre l act e una fuerza neta diferente de cero. Fuerza neta (fuerza resultante) es la suma vectorial de todas las fuerzas individuales. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Inercia Es m s dif cil empujar o frenar algunos objetos que otros se dice algunos objetos tienen m s inercia que otros. Inercia la tendencia de un objeto a mantener su estado de reposo o de velocidad constante (en una l nea recta). La medida de la inercia de un objeto es su masa.

4 La unidad de masa en el sistema internacional es kilogramo (kg). FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Las Leyes de Newton La Segunda Ley La aceleraci n de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que act a sobre l y es inversamente proporcional a su masa . La direcci n de la aceleraci n es la misma que la de la fuerza neta aplicada. Fuerza Neta - La suma vectorial de todas las fuerzas actuando sobre el objeto. Unidades de Fuerza: kg m/s - Newtons (N) = = FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 La Tercera Ley Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero. A cada acci n corresponde una reacci n igual y opuesta. Importante: La fuerza de acci n y la fuerza de reacci n act an sobre objetos diferentes.

5 Ejemplos: Una patinadora empujando sobre una pared. Un cohete viajando al espacio. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Las Leyes de Newton El peso ( ) = Peso Masa Fuerza de gravedad cerca de la superficie de la Tierra. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 La fuerza normal ( ) Es una fuerza de reacci n perpendicular a la superficie de contacto. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Tensi n ( ) FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Fuerza de Roce ( ) Es una fuerza de reacci n Roce Est tico Roce cin tico 0 , = = FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Resumen: Conceptos B sicos Conceptos b sicos de Fuerza.

6 Leyes de Newton. Segunda Ley de Newton: Algunos tipos de Fuerza. Fuerza de Gravedad (peso). Fuerza normal. Tensi n de cuerdas. Fuerza de roce. = FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Problemas de Din mica FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 M todo para resolver Problemas Dibujar un diagrama sencillo del sistema y predecir la respuesta. Realizar un diagrama de cuerpo libre del objeto analizado (Fuerzas). Si hay m s de un objeto, realizar un diagrama de cuerpo libre por cada objeto. Solo incluir las fuerzas que afectan al objeto (no incluir las fuerzas que ejerce el objeto). Establecer los ejes de coordenadas m s convenientes para cada objeto. Aplicar la segunda ley de Newton: = . resolver las ecuaciones por componente. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Diagrama de Cuerpo Libre Dos cuerpos unidos por una cuerda que pasa por una polea sin fricci n.

7 La superficie tiene roce. = = Predicci n FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Diagrama de Cuerpo Libre 2 Tres cuerpos unidos por una cuerda que pasa por una polea sin fricci n. La superficie tiene roce. = = Predicci n 1 1 = FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Ejemplo: Aplicaci n de varias Fuerzas A un objeto de 0,3 kg se le aplican las dos siguientes fuerzas: 1=5,0 N a 20 grados en sentido horario del eje x. 2=8,0 N a 60 grados en sentido anti-horario del eje x. Determine la magnitud y la direcci n de la aceleraci n. Asuma que no hay roce. Determine las componentes de una fuerza 3 que ocasionar a que la aceleraci n fuese cero. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 El peso ( ) El peso siempre apunta hacia el centro de la Tierra (u otro cuerpo similar, ejemplos: Luna, planeta Marte, etc.)

8 La magnitud del peso es = con siendo la aceleraci n de gravedad. La direcci n es hacia abajo (centro de la Tierra). Tercera ley de Newton: La fuerza de reacci n del peso act a sobre la Tierra. FIS109C 2: F sica para Ciencias 1er semestre 2014 Fuerza de gravedad cerca de la superficie de la Tierra. La fuerza normal es la fuerza que evita un objeto atraviese una superficie. La direcci n de la fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie donde se ubica el objeto. La magnitud de la fuerza normal es igual a la fuerza que se le aplique a la superficie hasta que la superficie se rompa. Tercera ley de Newton: la fuerza de reacci n de la fuerza normal act a sobre la superficie. La fuerza normal ( ) FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Ejemplo Una caja de 3,0 kg se coloca sobre una mesa de 1 m de largo.

9 Calcule la fuerza normal que ejerce la mesa sobre la caja. Plano Inclinado Si la mesa se levanta de un lado haciendo que la superficie forme un ngulo 30 grados con respecto a la horizontal, calcule: a)la fuerza normal que ejerce la mesa sobre la caja, b)la aceleraci n que sufre la caja (suponer no hay roce), c)el tiempo que demora la caja en recorrer el largo de la mesa si se encontraba inicialmente en reposo. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 La tensi n es la fuerza que se hace a trav s de una cuerda. La magnitud de la tensi n ser igual a ambos lados de la cuerda. La direcci n depender de la direcci n de la cuerda. Tensi n ( ) = = FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Ejemplo Considere una l mpara de 5 kg colgada del techo con una cadena de masa despreciable.

10 A)Realice el diagrama cuerpo libre de la l mpara y la cadena. b)Calcule la tensi n en la cadena. La l mpara es trasladada a un sistema de cadenas de masa despreciable como el que muestra la figura. a)Calcule la tensi n en las tres cadenas. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014 Resumen: Problemas de Din mica M todo para resolver Problemas con las leyes de Newton. Diagrama de cuerpo libre. Peso: = hacia abajo. Fuerza normal: depende de la fuerza ejercida y es perpendicular a la superficie Tensi n: tendr magnitud igual en ambos extremos y la direcci n depende de la direcci n de la cuerda. FIS109A 2: F sica 2do semestre 2014