Dinรกmica
La Dinámica estudia las causas por las que se modifica la velocidad de un cuerpo y establece la relación entre la causa y la variación de la velocidad experimentada.
Primera ley de Newton-Principio de inercia Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o todas las que actúan se anulan dando una resultante nula, el cuerpo no variará su velocidad. Este es: si esta en reposo, segura en reposo; si se mueve, se seguirá moviendo con movimiento rectilíneo y uniforme.
Segunda ley; Si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, dicho modificará su velocidad.
cuerpo
La fuerza resultante y la aceleración producida son proporcionales y están relacionadas según la ecuación:
La masa es considerada como una propiedad de los cuerpos que mide su inercia. Esto es, la resistencia que los cuerpos oponen a variar su velocidad y su unidad es el kilogramo. La unidad de fuerza (S.I.) es el newton (N), que se define como la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo de 1kg. De masa para que adquiera una aceleración de un 1m/s² Ejemplo segunda ley: Un camión que transporta gasóleo tiene una masa de 2000 kg, y su motor se acelera a 100m/s², encuentre su fuerza Solución = 2000kg*100m/s²=200000N
Tercera ley – acción y reacción Si un cuerpo ejerce sobre otro cuerpo una fuerza (que se puede denominar acción), el otro ejerce sobre éste una igual y contraria (denominada reacción) De este enunciado se deduce, que mas que acciones (fuerzas) se debería hablar de interacciones o acciones mutuas (el cuerpo A ejerce una acción sobre el B y el B ejerce otra, igual y contraria sobre el A)
Ejemplos de la tercera ley
a)
NORMAL
b)
(FUERZA REACCION)
DE
La mesa responde al bloque con una fuerza contraria y de igual magnitud, nominada reacción W=PESO (FUERZA DEACCION) El bloque ejerce una fuerza a la mesa que es su peso
Definición de fuerza Se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese cuerpo.
Fuerzas de contacto Las fuerzas de contacto son ciertos tipos de fuerzas que se presentan en los objetos que interactúan y que están físicamente en contacto
(Por ejemplo: la fuerza con que se empuja un objeto, la fuerza de fricción, etc.
Tipos de fuerzas FUERZA DE ROZAMIENTO Es la fuerza que actúa sobre un cuerpo de manera que impide o retarda el deslizamiento de éste respecto a otro en la superficie que ambos tengan en contacto.
TENSION Es la fuerza ejercida por una cuerda, considerada de masa despreciable e inextensible sobre un cuerpo que esta ligado a ella.
Fr = ·N donde N es el fuerza normal, es el coeficiente cinético
FUERZAS
PESO Es la fuerza de atracción gravitacional que ejerce la tierra sobre los cuerpos que están a su alrededor. Es interesante el hecho de que el peso de un cuerpo puede obtenerse al multiplicar su masa por la gravedad terrestre.
Fuerza normal Si dos cuerpos están en contacto, de acuerdo al principio de acción y reacción, se ejercen fuerzas iguales en magnitud, pero en sentido contrario, sobre ambos cuerpos. Esta fuerza debido al contacto se llama fuerza normal y es siempre perpendicular a la superficie que se encuentra en contacto.
N= w
TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA El trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar dicho cuerpo, se representa por la letra W y se expresa en unidades de energía, esto es en julios Matemáticamente se expresa como:
α Donde F es el modulo de la fuerza, s es el desplazamiento y α es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento
Ejemplo:
Un cuerpo de masa m = 0,5 kg se mueve a lo largo del eje “X”. Calcule el trabajo de la fuerza neta entre la posición x = 5 m y x = 15 m, sabiendo que la aceleración del cuerpo varía en función de la posición, de acuerdo a la expresión a=0.4* x y que ilustra el gráfico.
Solución: Aceleración a los 5m; a =0.4* x=0.4 m²/ s² * (5m) = 2m/ s²
Aceleración a los 15m; a= 6m/ s² Fuerza=masa*aceleración =0.5* 2 m/ s²=1N
Fuerza= masa*aceleración = 0.5kg * 6 m/s² =3 N Desplazamiento=s = 15m - 5cm=10m Angulo=α = 0ᵒ α
N*10m*cos0=10J*1=10J
α
3N*10m*cos0=30J*1=30J
(cos0=1)
POTENCIA Se define potencia como la rapidez a la cual se efectúa trabajo, o bien, como la rapidez de transferencia de energía en el tiempo. Potencia = W/t = trabajo/tiempo = energía transformada/tiempo. En el Sistema Internacional la potencia se expresa en Joules por segundo, unidad a la que se le da el nombre Watt (W), 1 W = 1J/s. Cuando decimos que una ampolleta consume 60 watts, estamos diciendo que transforma en cada segundo 60 Joules de energía eléctrica en energía luminosa o térmica. Para potencias elevadas se usa el caballo de fuerza, abreviado hp, que equivale a 746 Watts.
1 hp = 746 watts Ejemplo: Una bomba de lodo presenta un trabajo de 500J en media hora, cual es su potencia: La unidad de horas se debe llevar a segundos por lo tanto: 1hora =3600seg P = W/t = 500J/0.5h = 500J/(0.5*3600s) 500J/1800seg = 0.27 Watt
Energía cinética
Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo. Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor. Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo. Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión. La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente: Ec = • m• v
2
1 / 2
E c = Energía cinética m = masa v = velocidad Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita en la parte superior.
En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ). Ejemplo: Un fluido se mueve a una velocidad de 8m/s , cuya masa es de 20kg,cual es su energía cinética? DATOS Masa= 20kg Velocidad= 8m/s Ecuación E =
c
=
1/2• m• v
2
1/2x 20kgx (8m/s)² = 640 J