CURSO FISICA PARA EL ICFES
UNIDAD 1 MECANICA
CONTENIDOS
PRESENTACION MOVIMIENTO DE LOS CUERPOS VELOCIDAD ACELERACION MOVIMIENTO UNIFORME MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO MOVIMIENTO DE CAIDA LIBRE MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFLRME LEYES DE NEWTON ENERGIA MECANICA
PRESENTACION
RESULTADO DE APRENDIZAJE Aplicar los conceptos del movimiento de los cuerpos para resolver problemas mediante la identificación, argumentación y proposición
CONOCIMOIENTOS DE CONCEPTO Posición, desplazamiento. Espacio, velocidad, aceleración, gravedad terrestre, gráficas de distancia -tiempo, velocidad-tiempo, aceleración – tiempo, movimiento uniforme, movimiento uniformemente acelerado, movimiento de caída libre, movimiento circular uniforme, leyes de Newton, energía mecánica.
CONOCIMIENTOS DE PROCESO Desarrollar las competencias interpretativa, argumentativa y propositiva en la asignatura de Física.
CRITERIOS DE EVALUACION Aplica los conceptos del movimiento de los cuerpos para resolver problemas mediante la identificación, argumentación y proposición
Movimiento de los cuerpos Posición (x): Es la posición de una partícula respecto al origen en un tiempo determinado. Distancia: Cantidad escalar. Que tanto recorre una partícula. Desplazamiento (Δx): Cambio en la posición de una partícula. Velocidad (v): Cantidad vectorial, distancia total recorrida en un intervalo de tiempo. Rapidez: Cantidad escalar y es la relación de la longitud con un intervalo de tiempo. Para calcular la velocidad tenemos la siguiente fórmula:
La velocidad se mide en m/seg. Aceleración (a): es la razón de cambio de velocidad con el tiempo. La aceleración se calcula con la siguiente relación :
a =( V – Vo)/t Donde V es la velocidad final, Vo es la velocidad inicial y t es el tiempo. La aceleración se mide en m/seg2. La diferencia entre desplazamiento y distancia queda clara con este ejemplo: Imagina que vas desde la casa al trabajo y vuelves desde el trabajo a la casa, siendo el camino entre ambos lugares una línea recta. El punto de partida es el mismo que el de llegada, la casa, entonces el vector de desplazamiento en este caso también es nulo. Pero la distancia que recorriste fue el doble de la longitud del camino entre la casa y el trabajo. La velocidad es un vector es decir tiene dirección y magnitud, y la rapidez es un escalar es decir solo tiene magnitud. Se puede entender mejor con este ejemplo Suponiendo que el trabajo queda a dos Km de casa y un tiempo de travesía de 1 hora Si tomo el bus, la ruta se extiende a 4 km por la ruta que toma el bus (no va directo al trabajo)
Así, la velocidad seria = Trayectoria total / tiempo de travesía (4 Km / 1 h) Y la rapidez seria = Distancia / tiempo total (2 km / 1h)
Movimiento Rectilíneo Uniforme Se denomina movimiento rectilíneo, aquél cuya trayectoria es una línea recta y cuando el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales.
La distancia X que recorre un cuerpo con movimiento uniforme se calcula con la fórmula:
X = v.t Donde v es la velocidad y t es el tiempo. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado
En mecánica clásica el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) presenta tres características fundamentales: 1. La aceleración y la fuerza resultante sobre la partícula son constantes. 2. La velocidad varía linealmente respecto del tiempo. 3. La posición varía según una relación cuadrática respecto del tiempo. La distancia X y la velocidad V en el M.U.A. se calculan con las formulas siguientes:
Caída Libre El movimiento de los cuerpos en caída libre (por la acción de su propio peso) es una forma de rectilíneo uniformemente acelerado. La distancia recorrida (d) se mide sobre la vertical y corresponde, por tanto, a una altura que se representa por la letra h. En el vacío el movimiento de caída es de aceleración constante, siendo dicha aceleración la misma para todos los cuerpos, independientemente de cuáles sean su forma y su peso. La presencia de aire frena ese movimiento de caída y la aceleración pasa a depender entonces de la forma del cuerpo. No obstante, para cuerpos aproximadamente esféricos, la influencia del medio sobre el movimiento puede despreciarse y tratarse, en una primera aproximación, como si fuera de caída libre. La aceleración en los movimientos de caída libre, conocida como aceleración de la gravedad, se representa por la letra g y toma un valor aproximado de 9,81 m/s2 (algunos usan solo el valor 9,8 o redondean en 10).
Si el movimiento considerado es de descenso o de caída, el valor de g resulta positivo como corresponde a una auténtica aceleración. Si, por el contrario, es de ascenso en vertical el valor de g se considera negativo, pues se trata, en tal caso, de un movimiento decelerado. Para resolver problemas con movimiento de caída libre utilizamos las siguientes fórmulas:
Trayectorias Parabólicas Cuando un objeto es lanzado con cierta inclinación respecto a la horizontal y bajo la acción solamente de la fuerza gravitatoria su trayectoria se mantiene en el plano vertical y es parabólica. Nótese que estamos solamente tratando el caso particular en que factores como la resistencia del aire, la rotación de la Tierra, etc., no introducen afectaciones apreciables. Vamos a considerar también que durante todo el recorrido la aceleración debido a la gravedad (g) permanece constante y que el movimiento es sólo de traslación. Para facilitar el estudio del movimiento de un proyectil, frecuentemente este se descompone en las direcciones horizontal y vertical. En la dirección horizontal el movimiento del proyectil es rectilíneo y uniforme ya que en esa dirección la acción de la
gravedad es nula y consecuente, la aceleración también lo es. En la dirección vertical, sobre el proyectil actúa la fuerza de gravedad que hace que el movimiento sea rectilíneo uniformemente acelerado, con aceleración constante.
Movimiento circular uniforme El movimiento circular uniforme describe el movimiento de un cuerpo atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular. Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia implica la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección. En los movimientos circulares hay que tener en cuenta algunos conceptos específicos para este tipo de movimiento: • Eje de giro: es la línea alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo, pero para cada instante de tiempo, es el eje de la rotación. • Arco: partiendo de un eje de giro, es el ángulo o arco de radio unitario con el que se mide el desplazamiento angular. Su unidad es el radián. • Velocidad angular: es la variación de desplazamiento angular por unidad de tiempo. • Aceleración angular: es la variación de la velocidad angular por unidad de tiempo.
LEYES DE NEWTON
1. LA PRIMERA LEY INERCIA La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
2. LA SEGUNDA LEY FUERZA La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
3. LA TERCERA LEY ACCIÓN-REACCIÓN Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
La energía mecánica La energía mecánica es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. La energía se mide en Julios (J). La energía mecánica se clasifica en: 1. Energía Potencial gravitatoria 2. Energía Cinética Energía potencial gravitatoria La fórmula para calcular la Energía potencial de un cuerpo, que Llamaremos Ep, y que se medirá en Julios, es: Ep = m · h · 9,8 Así la Energía potencial dependerá de la masa del objeto en cuestión (m) y de la altura (h) a la que se encuentre. Esta dependencia es directamente proporcional, es decir, a más masa o más altura se tendrá una mayor Energía potencial. La Energía potencial está presente en nuestras vidas y en nuestra historia con esa maceta que cae al suelo, su efecto puede ser demoledor ya que aunque la masa de la maceta no sea muy grande, al estar situada a una altura elevada, posee mucha "energía". Usamos la Energía potencial para generar electricidad, por ejemplo, en un salto de agua en el que se aprovecha tanto la masa del agua como la altura desde la que cae. Entra en el siguiente enlace, para experimentar sobre estos conceptos: http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1183
Energía cinética La Energía cinética que posea un cuerpo en movimiento dependerá de la masa del cuerpo y, de la velocidad que lleve, así se establece la fórmula:
K = m.v2/2 K es energía cinética, m es la masa del cuerpo y v la velocidad que posee. Principio de conservación de la Energía mecánica En un sistema aislado, la Energía mecánica de un cuerpo sobre el que no actúe ninguna fuerza que no sea su propio peso se mantiene constante. La idea es que un cuerpo situado a una determinada altura, que poseerá por tanto una Energía potencial, irá transformando esta Energía potencial en Energía cinética cuando se vaya cayendo al suelo, es decir, ganará en cinética y perderá en potencial pero la suma de las dos será siempre constante.
REFERENCIAS Caída Libre. Recuperado el 16 de abril de http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Movimiento_caida_libre.html http://www.kalipedia.com/ciencias-tierra-universo/tema/caidalibre.html?x=20070924klpcnafyq_182.Kes&ap=0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Falling_ball.jpg
2012
Diagramas de Cuerpo Libre. Recuperado el 16 de abril de 2012 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Free_Body_Diagram.png http://anyelimat.blogspot.com/2007/11/fisica-diagrama-de-cuerpo-lbre.html
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Fuerzas. Recuperado el 16 de abril de 2012 de: http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Descomposicion_de_fuerzas_en_plano_inclinad o.png
CREDITOS Tomado de Cuadernillo de apoyo en la preparación de la prueba ICFES Saber 11°