Dinรกmica
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Dinámica
Índice 1.- Biografía de Isaac Newton. 2.- Concepto de Dinámica. 3.- Leyes de la Dinámica: 3.1.- Primera ley: ley de la inercia. Definición. Concepto de inercia. Ejemplos de inercia 3.2.- Segunda ley: ley fundamental de la dinámica de traslación. Definición. Concepto de Newton, como unidad de fuerza. Relación entre la primera y segunda de las leyes. 3.3.- Tercera ley: Principio de acción y reacción. Definición. Ejemplos del principio: explicación de los mismos.
4.- Fuerzas usuales de nuestro entorno. 4.1.- El peso. Centro de gravedad. 4.2.- La fuerza Normal. 4.3.- Fuerza de rozamiento. Coeficiente de rozamiento. 4.4.- Fuerza centrípeta.
5.- Sistemas geocéntricos y heliocéntricos: de los griegos a Galileo. 6.- La ley de la gravitación universal de Newton. 7.- Resolución de problemas de Dinámica.
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1- Biografía de Isaac Newton: Isaac Newton fue un científico inglés, nació en el día de navidad en 1642 del calendario antiguo. Su madre preparó un futuro de granjero para él, pero después se convenció de que su hijo tenía talento y lo envió a la Universidad de Cambridge, donde para poder pagarse los estudios comenzó a trabajar. Newton en la universidad no destacó especialmente. Su graduación fue en 1665. Después de esto se inclinó a la investigación de la física y de las matemáticas. Debido a esto a los 29 años formuló algunas teorías que le llevarían por el camino de la ciencia moderna hasta el siglo XX. Isaac es considerado como uno de los principales protagonistas de la "revolución científica" del siglo XVII y el "Padre de la mecánica moderna". Newton coincidió con Gottfried Leibniz en el descubrimiento del calculo integral. Formuló el teorema del binomio, que es llamado el binomio de newton. Aunque sus principales aportes fueron en el ámbito de la ciencia. En 1703 fue nombrado presidente de la royal society de Londres. En 1705 terminó la ascensión de su prestigio, ya que fue nombrado caballero.
2. CONCEPTO DE DINÁMICA: Es la parte de la física que estudia la relación existente entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y los efectos que se producirán sobre el movimiento de ese cuerpo.
3-LEYES DE LA DINÁMICA:
-Primera ley: ley de la inercia. -Definición: ley de Newton que nos sirve para diferenciar sistemas de referencia inerciales - Concepto: "Ante ausencia de fuerzas resultantes externas, un cuerpo continúa con su estado de movimiento" los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva. 3
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-Ejemplos de inercia: se hacen dos equipos que tiran de una cuerda para conseguir que el equipo contrario cruce una línea. Obviamente los dos equipos ejercen fuerza, pues tiran de la cuerda, pero si ejercen ambos la misma, al tirar cada equipo en sentido contrario se contrarrestan y nadie se mueve. - Segunda ley: ley fundamental de la dinámica de traslación. -Definición: Ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta. -Concepto: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa, y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:
-Relación entre la primera y segunda de las leyes: Por un lado constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica. Por otro, al combinar estas leyes con la ley de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario. -Tercera ley: Principio de acción-reacción. - Definición: ley que expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. -Concepto: Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria. - Ejemplos del principio: explicación de los mismos. Al apoyarnos en el suelo, nosotros aplicamos una fuerza, nuestro a peso, a este que a su vez aplica una fuerza igual de intensa pero sentido opuesto (recordemos que la fuerza es un vector) en nosotros. Si esa fuerza no existiera, o no fuera igual de intensa que nuestro peso, saldríamos volando o nos hundiríamos en el suelo.
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4-EL PESO. CENTRO DE GRAVEDAD El centro de gravedad: el peso es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. LA FUERZA NORMAL Es un tipo de fuerza de contacto ejercida por una superficie sobre un objeto. Esta actúa perpendicular y hacia afuera de la superficie.
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LA FUERZA DE ROZAMIENTO Es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar. La experiencia nos muestra que: •
•
la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos, pero sí depende de cúal sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la formen y si es más o menos rugosa. la magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es decir: Fr = m·N donde m es lo que conocemos como coeficiente de rozamiento.
LA FUERZA CENTRÍPETA Es una fuerza dirigida hacia el centro. Hace que el cuerpo siga una trayectoria circular. Cuando un objeto se mueve a través de una curva, este se acelera ya que la velocidad cambia continuamente su dirección.
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5- HELIOCENTRISMO Y GEOCENTRISMO El heliocentrismo es un modelo astronómico según el cual la Tierra y los planetas se mueven alrededor del Sol . En el siglo XVI, fue presentado por Nicolás Copérnico. Posteriormente, Johannes Kepler trabajó y expandió este modelo y Galileo Galilei lo apoyó con varias observaciones mediante su telescopio. Históricamente, el heliocentrismo se oponía al geocentrismo, una antigua teoría que coloca a la Tierra en el centro del universo y los astros (incluido el Sol) girando alrededor de la Tierra, que fue propuesto desde el siglo III a.C. El geocentrismo estuvo vigente en las más remotas civilizaciones hasta el siglo XVI cuando fue remplazada por la actual teoría heliocéntrica.
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6.- LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa.
7) Resolución de problemas de dinámica Fuerza : F = m . a (m= masa, a = aceleración, F = Fuerza) En particular para el peso seria : P = m . g (P = peso, g = aceleración de la gravedad que vale 9,8 m/s2 ) Trabajo : T = F . d . coseno A Donde d = desplazamiento, T = Trabajo producido en Joule y "A" es el ángulo que forman la dirección de la fuerza con la dirección del desplazamientol Potencia : P = T / t ( Donde t = tiempo empleado en segundos) si el trabajo esta en Joule y el tiempo en segundos, la potencia tiene como unidad el Watt. Energia Potencial : Ep = m . g . h (Donde h = altura del cuerpo) Energia Cinética : Ec = 1/2 . m. v2 (Donde v = vleocidad) Tanto
la
energia
como
el
trabajo
se
expresan
en
Joule.
La variación de la energia potencial o cinética, es igual al trabajo realizado. 8
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T
=
Ef
-
Ei
ó
T
=
Pf
-
Pi
Energia Mecánica : Em = Ep + Ec La energia Mecánica nunca cambia, es decir, entre dos puntos cualquiera "A" y "B" .... EmA = EmB . Aquí vemos un claro ejemplo: 1. Un cuerpo de 20 kg inicialmente en reposo sufre una fuerza constante de 200 N. Calcula su aceleración. Respuesta: m = 20 kg F = m · a 200 = 20 · a a = 200 / 20 = 10 m / s2 F = 200 N a= ? 2. Un objeto de 40 kg es arrastrado por el suelo con una fuerza de 200 N. Calcula su aceleración en los dos casos siguientes: a) La fuerza es paralela al suelo. b) La fuerza forma un ángulo de 60º con el suelo. Respuesta: (a) F = m · a 200 = 40 · a a = 200 / 40 = 5 m·s-2 (b) Fx = F · cos 60º FX = m · a 200 · cos 60º = 40 · a 200 · 0,50 = 40 · a 2,5m·s-2 3. Halla el peso de una persona de 70 kg. Respuesta: m = 70 kg a = g = 9,8 m·s-2 F = m · a P = m · g P = 70 · 9,8 = 686 N P=F=? 4. Se tira de un cajón de 100 kg con una fuerza constante de 300 N paralela al suelo. El cajón se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, con una aceleración de 2 m·s-2. Calcula la fuerza de rozamiento. Respuesta: m = 100 kg F = m · a F – FR = m · a 300 – FR = 100 · 2 FR F = 300 N 300 – 200 = FR FR = 100 N a = 2 m·s-2 FR = ?
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