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Departamento Editorial

FĂ­sica 2010

Clase: MecĂĄnica I Propiedad Intelectual Cpech


Repaso Fuerza

Perímetro circunferencia

Velocidad Conceptos previos Energía Mecánica


Repaso Fuerza

Perímetro circunferencia

Velocidad

d v= t

Conceptos previos Energía Mecánica


Repaso Fuerza

F = m⋅a Perímetro circunferencia

Velocidad

d v= t

Conceptos previos Energía Mecánica


Repaso Fuerza

F = m⋅a Perímetro circunferencia

Velocidad

d v= t

Conceptos previos Energía Mecánica

2 ⋅π ⋅ R


Repaso Fuerza

F = m⋅a Perímetro circunferencia

Velocidad

d v= t

Conceptos previos Energía Mecánica

EM = EC + E P EM = cte

2 ⋅π ⋅ R


MATERIALES NECESARIOS 1. Guía “Mecánica I” 2. Libro de Ciencias/ Plan Común/ Física/ Capítulo Nº 2. 3. Libro de Ciencias/ Plan Electivo/ Física/ Capítulo Nº 1.

Propiedad Intelectual Cpech


Objetivos

Al término de la unidad, usted deberá: 

Aplicar el concepto de disipación de energía y el trabajo realizado por el roce.

Conocer unidades asociadas al movimiento circunferencial.

Caracterizar y analizar movimientos circunferenciales.

Aplicar las ecuaciones de movimiento circunferencial a la solución de problemas.

Conocer fuerzas centrípeta y centrífuga.


Parte Parte 1: 1: Energía Energía Mecánica Mecánica


Energía EnergíaMecánica Mecánica

Curling

¿Sabes tú que el Curling es un deporte que se práctica en una pista de hielo, que consiste en lanzar una piedra? Una vez efectuado el lanzamiento, los otros miembros del equipo (sweepers) efusivamente comienzan a barrer la pista de hielo con cepillos, donde disminuyen el roce, facilitando su avance o variando su dirección, pero siempre sin tocar la piedra.

Fuente: http://img.vayatele.com

http://www.youtube.com/watch?v=CM5mFH3_Qhs


Energía EnergíaMecánica Mecánica

Tipos de fuerzas 

CONSERVATIVAS: Son aquellas en que el trabajo realizado es independiente de la trayectoria (peso, fuerza elástica).

Fuente: jcpreparadorfisico.com

DISIPATIVAS: Son aquellas en que el trabajo realizado depende de la trayectoria (roce).

Fuente: fotos.trucoteca.com


Energía EnergíaMecánica Mecánica

Trabajo y Energía Cinética

F = m⋅a

vf

vi F

F

d 

Conocemos que al aplicar una fuerza neta F sobre un cuerpo, ésta producirá una variación de velocidad en el tiempo. Como la aceleración es constante, también podemos usar una de las ecuaciones de MRUA. Al reemplazar en la formula de trabajo, obtenemos que el trabajo neto WN realizado por la fuerza neta es igual a la variación de energía cinética.

v 2f = vi2 + 2 ⋅ a ⋅ d

WN = F ⋅ d WN = m ⋅ a ⋅ d

a=

v 2f − vi2 2⋅d

Reemplazando F Reemplazando a

 v 2f − vi2  ⋅d WN = m ⋅   2⋅d    1 WN = ⋅ m ⋅ ( v 2f − vi2 ) 2 WN = ECf − ECi WN = ∆EC


Energía EnergíaMecánica Mecánica

F

Trabajo y energía potencial gravitatoria

F + ( − P) = 0

F=P F = m⋅ g

d = h f − hi

P hf

Si consideramos un cuerpo que es levantado por una fuerza F, supondremos que lo hace con la mínima fuerza requerida, o sea, la que iguala al peso, así la fuerza neta es 0 y la velocidad es constante.

En ese caso, el trabajo realizado por la fuerza será igual a la variación de energía potencial gravitatoria.

v = cte

F

hi

P

WF = F ⋅ d WF = m ⋅ g ⋅ ( h f − hi ) WF = m ⋅ g ⋅ h f − m ⋅ g ⋅ hi

WF = E Pf − E Pi WF = ∆EP


Energía EnergíaMecánica Mecánica

F

Trabajo y energía potencial gravitatoria

F + ( − P) = 0

F=P F = m⋅ g

d = h f − hi

P hf

En ese caso, el trabajo realizado por la fuerza será igual a la variación de energía potencial gravitatoria.

v = cte

F

hi

Si consideramos un cuerpo que es levantado por una fuerza F, supondremos que lo hace con la mínima fuerza requerida, o sea, la que iguala al peso, así la fuerza neta es 0 y la velocidad es constante.

P

WF = F ⋅ d WF = m ⋅ g ⋅ ( h f − hi ) WF = m ⋅ g ⋅ h f − m ⋅ g ⋅ hi

WF = E Pf − E Pi WF = ∆EP

WP = − P ⋅ d WP = −m ⋅ g ⋅ ( h f − hi ) WP = −∆EP

También podemos obtener el trabajo realizado por el peso, que será igual al opuesto de la variación de la energía potencial gravitatoria.


Energía EnergíaMecánica Mecánica

F

Trabajo y energía potencial gravitatoria

F + ( − P) = 0

F=P F = m⋅ g

d = h f − hi

P hf

En ese caso, el trabajo realizado por la fuerza será igual a la variación de energía potencial gravitatoria.

v = cte

F

hi

Si consideramos un cuerpo que es levantado por una fuerza F, supondremos que lo hace con la mínima fuerza requerida, o sea, la que iguala al peso, así la fuerza neta es 0 y la velocidad es constante.

P

WF = F ⋅ d WF = m ⋅ g ⋅ ( h f − hi ) WF = m ⋅ g ⋅ h f − m ⋅ g ⋅ hi

WF = E Pf − E Pi WF = ∆EP

WN = 0

Pero como no hubo variación de velocidad, no hubo variación de energía cinética, por lo que el trabajo neto es 0, que corresponde también a la suma de ambos trabajos.


Energía EnergíaMecánica Mecánica

Trabajo realizado por fuerzas no conservativas 

El trabajo realizado por fuerzas no conservativas (roce) es igual a la variación de energía mecánica del sistema.

WNC = ∆EM

Fuente: kalipedia.com

Fuente: fotos.trucoteca.com


Parte Parte 2: 2: Movimiento Movimiento Circular Circular Uniforme Uniforme


MCU MCU

 

Centrifugando ropa

¿Sabes tú como hace el proceso de centrifugado una lavadora? ¿Por qué ésta es capaz de separar el agua con detergente y la ropa? ¿Por qué el tambor interior de la lavadora sigue girando cuando termina el proceso de secado? Todas éstas y más interrogantes responderemos hoy conociendo el movimiento circular. Fuente: rescoweb.com


MCU MCU

Movimiento circular uniforme

Movimiento en que un cuerpo gira equidistante a un punto fijo, describiendo รกngulos iguales en tiempos iguales.

Fuente: cortylandia.info

Fuente: sistemasderuleta.com


MCU MCU

Período (T)

Es el tiempo que tarda una partícula en dar una vuelta completa.

t T= n  

Fuente: farm2.static.flickr.com

Donde: n: número de vueltas. t: tiempo (s)

Unidad para el periodo S.I.: [s] C.G.S.:[s] Fuente: blogs.elcomercio.com.pe


MCU MCU

Frecuencia (f)

Es el número de vueltas o revoluciones por unidad de tiempo. Se expresa:

n f = t  

Donde: n: número de vueltas. t: tiempo (s) Fuente: elconfidencial.com

Unidad para el frecuencia S.I.: [Hz]


MCU MCU

Frecuencia (f)

Simplificando, para 1 vuelta (n =1) demora un tiempo t = período (T).

n 1 f = = t T Fuente: logodesignweb.com

 

Donde: n: número de vueltas. t: tiempo (s)

1

1

1

1

t/ n/ T ⋅ f = ⋅ =1 n/ t/


MCU MCU

Frecuencia (f)

Simplificando, para 1 vuelta (n =1) demora un tiempo t = período (T).

n 1 f = = t T Fuente: logodesignweb.com

Sabías Sabíasque quelalavelocidad velocidadde de grabación/reproducción grabación/reproducciónde delos los discos discosde devinilo vinilose semedía medíaen enR.P.M R.P.M (unidad (unidadde defrecuencia) frecuencia)

T ⋅ f =1


MCU MCU

Frecuencia (f)

Simplificando, para 1 vuelta (n =1) demora un tiempo t = perĂ­odo (T).

n 1 f = = t T Fuente: logodesignweb.com

Efectivamente; Efectivamente; los losdiscos discosde devinilo vinilose seeditaban editabanen en 44velocidades: velocidades:16 16R.P.M. R.P.M. (LP), (LP),33 33R.P.M.(EP), R.P.M.(EP),45 45R.P.M. R.P.M. (single) (single)yy78 78R.P.M R.P.M

T â‹… f =1


MCU MCU

Radián

En física, para medir ángulos se usa mucho una unidad llamada radián. 

Radián: Es el ángulo del centro que se corresponde con un arco de longitud igual al radio. R

R R 11radián radián


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 90° = x Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 90° = x x= π/2 Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 45° = x Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 45° = x x= π/4 Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 30° = x Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Equivalencias entre grados sexagesimales y radianes

Para transformar ángulos de un sistema a otro, se pueden ocupar regla de “tres” considerando la siguiente proporción

180° π = ∠grados ∠radianes

En radianes: 180°= π 30° = x x= π/6 Fuente: kalipedia.com

Fuente: microsiervos.com


MCU MCU

Velocidad angular

La velocidad angular es un vector perpendicular al plano de movimiento. Su módulo es la rapidez angular, que es el ángulo descrito por unidad de tiempo.

∆α ω= t Donde: Δα = variación del ángulo. Δt = variación de tiempo.

Fuente: foroaudi.info

Unidad para la velocidad angular S.I.: radianes/segundo [rad/s]


MCU MCU

Velocidad angular

La velocidad angular es un vector perpendicular al plano de movimiento. Su módulo es la rapidez angular, que es el ángulo descrito por unidad de tiempo.

∆α 2 ⋅ π ω= = t T Donde: Δα = variación del ángulo. Δt = variación de tiempo.

Fuente: foroaudi.info

Unidad para la velocidad angular S.I.: radianes/segundo [rad/s]


MCU MCU

Velocidad tangencial

Se define velocidad tangencial como el cuociente entre el arco recorrido por la partícula y el tiempo empleado en cubrir dicha distancia.

d 2 ⋅π ⋅ R v= = t T

Fuente: jobins.ch

Vt

Vt Vt

Vt Vt

Unidad para la velocidad tangencial S.I.: [m/s] C.G.S.: [cm/s]

Vt Vt

Vt


MCU MCU

Velocidad tangencial

Se define velocidad tangencial como el cuociente entre el arco recorrido por la partícula y el tiempo empleado en cubrir dicha distancia.

 2 ⋅π v=  T

Fuente: jobins.ch

 ⋅ R = ω ⋅ R 

v =ω⋅R

Vt

Vt Vt

Vt Vt Vt Vt

Vt


MCU MCU

Velocidad tangencial

Se define velocidad tangencial como el cuociente entre el arco recorrido por la partícula y el tiempo empleado en cubrir dicha distancia.

Fuente: jobins.ch

2 ⋅π ⋅ R 1 v= = 2 ⋅π ⋅ R ⋅   T T 

Vt

Vt Vt

Vt Vt

v = 2 ⋅π ⋅ R ⋅ f

Vt Vt

Vt


MCU MCU

Ejercicio didáctico 

.Q

.P

0.

Fuente: tecnotrekos.blogtv.com.mx

¿Qué punto(s) tiene(n) más velocidad tangencial? (encierra en un círculo)


MCU MCU

Ejercicio didáctico 

.Q

.P

0.

Fuente: tecnotrekos.blogtv.com.mx

¿Qué punto(s) tiene(n) más velocidad tangencial? (encierra en un círculo)


MCU MCU

Ejercicio didáctico 

.Q

.P

0.

Fuente: tecnotrekos.blogtv.com.mx

¿Qué punto(s) tiene(n) más velocidad angular? (encierra en un círculo)


MCU MCU

Ejercicio didáctico 

.Q

.P

0.

Fuente: tecnotrekos.blogtv.com.mx

¿Qué punto(s) tiene(n) más velocidad angular? (encierra en un círculo)


MCU MCU

Aceleración centrípeta

A pesar de que el módulo de la velocidad es constante, la velocidad como vector es variable, lo que implica la existencia de aceleración llamada centrípeta, la cual apunta siempre hacia el centro de rotación.

Fuente: img137.imageshack.us

2

v 2 aC = =ω ⋅R R Unidad para la aceleración centrípeta S.I.: [m/s2] C.G.S.: [cm/s2]

Ac Ac

Ac Ac

Ac Ac

Ac Ac


MCU MCU

Fuerza centrípeta

Si consideramos la masa del cuerpo en rotación, debido a que está sometido a una aceleración por la segunda ley de Newton (F = m · a), el cuerpo también está sometido a una fuerza llamada centrípeta, la cual tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta.

FC = m ⋅ aC Unidad para la fuerza centrípeta S.I.: [N] C.G.S.: [dina]

Fuente: library.thinkquest.org


MCU MCU

Verdadero o faso

Un cuerpo de masa m describe una trayectoria espiral con rapidez constante v, como muestra la figura. Encierre en un círculo V o F. La aceleración centrípeta del cuerpo permanente constante.


MCU MCU

Verdadero o faso

Un cuerpo de masa m describe una trayectoria espiral con rapidez constante v, como muestra la figura. Encierre en un círculo V o F. La aceleración centrípeta del cuerpo permanente constante.

2

v aC = R

Si el radio disminuye, entonces la aceleración centrípeta aumenta.


MCU MCU

Verdadero o faso

Un cuerpo de masa m describe una trayectoria espiral con rapidez constante v, como muestra la figura. Encierre en un cĂ­rculo V o F. La fuerza centrĂ­peta del cuerpo disminuye junto con el radio.


MCU MCU

Verdadero o faso

Un cuerpo de masa m describe una trayectoria espiral con rapidez constante v, como muestra la figura. Encierre en un círculo V o F. La fuerza centrípeta del cuerpo disminuye junto con el radio.

FC = m ⋅ aC Si la aceleración centrípeta aumenta, entonces la fuerza centrípeta aumenta también.


MCU MCU

Fuerza centrĂ­fuga

No es una fuerza real, sino que es el resultado del efecto de la inercia que experimenta un cuerpo en movimiento curvilĂ­neo.

Fuente: legionmiope.files.wordpress.com

Fuente: blackanddecker.cl


MCU MCU

Fuerza centrífuga

La fuerza centrífuga depende del marco de referencia que se observe. Para las personas que están dentro del juego giratorio, una fuerza dirigida hacia fuera respecto al centro del movimiento circular, las mantienen en el fondo. Esta fuerza es tan real para ellos como la fuerza de gravedad. Fuente: farm1.static.flickr.com


MCU MCU

Transmisión de movimiento

Consideremos dos ruedas A y B, como muestra la figura, ya que la cuerda no puede acortarse ni alargarse, se cumple que las velocidades tangenciales son iguales.

v A = vB

A

B

Fuente: libraryjournal.com

Si reemplazamos la fórmula de velocidad tangencial v = ω· R nos queda:

ω A ⋅ R A = ω B ⋅ RB

Fuente: jocamaan.com


MCU MCU

Pregunta de ingenio 

http://www.cyclesetsports.com

En la figura se presenta un piñón, que encontramos comúnmente en una bicicleta. Para este caso ¿Qué punto tiene más velocidad tangencial y velocidad angular?


MCU MCU

Pregunta de ingenio

Su Suvelocidad velocidadangular angulares es igual igualen encada cadapunto. punto.

En la figura se presenta un piñón, que encontramos comúnmente en una bicicleta. Para este caso ¿Qué punto tiene más velocidad tangencial y velocidad angular?

Mientras Mientrasmas mascerca cercadel del giro, giro,su suvelocidad velocidad tangencial tangenciales esmenor. menor. http://www.cyclesetsports.com


Síntesis de la clase Energía EnergíaMecánica Mecánica

WNC = ∆EM EM = EC + EP EM = cte


Síntesis de la clase MCU MCU

Se mantiene constante Varía en el movimiento en el movimiento

M.C.U.

Magnitud velocidad tangencial (rapidez)

Vector velocidad tangencial

Velocidad angular

Ángulo

Magnitud aceleración centrípeta.

Vector aceleración centrípeta

Magnitud fuerza centrípeta

Vector fuerza centrípeta.


Respuestas de la guía PREGUNTA

ALTERNATIVA

HABILIDAD

1

C

Aplicación

2

B

Aplicación

3

A

Aplicación

4

D

Aplicación

5

A

Análisis

6

D

Conocimiento

7

B

Aplicación

8

D

Aplicación

9

A

Análisis

10

A

Comprensión


Respuestas de la guía

PREGUNTA

ALTERNATIVA

HABILIDAD

11

D

Comprensión

12

B

Análisis

13

B

Conocimiento

14

D

Análisis

15

D

Comprensión

16

D

Comprensión

17

B

Conocimiento

18

E

Comprensión

19

B

Comprensión

20

D

Análisis


Prepara tu próxima clase

Durante la próxima clase revisaremos los contenidos relacionados con:

Momentum angular, momento de inercia desde la página 20 hasta la página 28 de tu libro Cpech (Plan electivo de Física).


Equipo Editorial:

María José Yáñez Álvaro Herrera

ESTE MATERIAL SE ENCUENTRA PROTEGIDO POR EL REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL.

Propiedad Intelectual Cpech


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