Leyes de newton
ley de la inercia o de la mecánica: un objeto está en “equilibrio” cuando todas las fuerzas que se aplican sobre él es cero. “todo cuerpo se mantiene en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme, si la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es cero.”
Ley de la proporcionalidad entre fuerzas y aceleraciones: “toda fuerza resultante diferente de cero al ser aplicada a un cuerpo, le produce una aceleración en la misma dirección en que actúa. El valor de dicha aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”
Matemáticamente:
a=F/m a=aceleración; F=fuerza aplicada; m=masa del cuerpo
Ley de la acción y la reacción: “cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A ejerciendo una fuerza de la misma intensidad y dirección pero en sentido contrario”
Estática

La palabra estática se deriva del griego “statikos” que significa inmóvil
En general la estatica estudia aquellos casos en que los cuerpos sometidos a la acción de varias fuerzas, no se mueven, toda vez que éstas se equilibran entre si.
Fuerzas coplanares (2 ejes)

Fuerzas no coplanares


Principio de transmisibilidad del punto de aplicación:
Jalar=empujar

Fuerzas paralelas: si sobre un cuerpo rigido actúan 2 o más fuerzas cuyas líneas de acción son paralelas, la resultante tendrá un valor igual a la suma deellas con su línea de acción. También paralela a las fuerzas, pero su punto de aplicación debe ser determinado con presión para que se produzca el mismo efecto
Par de fuerzas: se produce un par de fuerzas cuando 2 fuerzas paralelas de la misma magnitud pero en sentido contrario actúan sobre un cuerpo
Momento de una fuerza: se define como la capacidad que tiene una fuerza para hacer girar un cuerpo. También se puede definir como la intensidad con que la fuerza, actuando sobre un cuerpo, tiende a comunicarle un movimiento de rotación
Centro de gravedad: es el punto donde se encuentra aplicada la resultante de la suma de todas las fuerzas gravitatorias que actúan sobre cada una de las partículas del mismo. Centroide es el punto donde estaría el centro de gravedad, si el espacio vacío fuera ocupado por un cuerpo
Centro de masa: se localiza en aquel punto en el cual para cualquier plano que pasa por él los momentos de las masas a un lado del plano son iguales a los momentos de las masas del otro plano. Un cuerpo está en equilibrio estable cuando al moverlo vuelve a ocupar la posición que tenía debido al efecto de la fuerza de gravedad. Un cuerpo tiene un equilibrio inestable cuando trata de alejarse de su posición inicial buscando tener un equilibrio estable. El equilibrio de un cuerpo es indiferente cuando en cualquier posición su centro de gravedad se mantiene a la misma altura, por lo cual no trata de conservar su posiciónoriginal ni alejarse de ella
Primera condición del equilibrio: para que un cuerpo esté en equilibrio de traslación, la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero.
Segunda condición de equilibrio: para que un cuerpo esté en equilibrio de rotación, la suma de los momentos o torcas de las fuerzas que actúan sobre él es cero.
Fricción: siempre que se quiere desplazar un cuerpo que está en contacto con otro, se presenta una fuerza llamada fricción, que se opone a su desplazamiento. La fricción es una fuerza tangencial paralela a las superficies que están en contacto.
la fuerza normal es siempre perpendicular a las superficies de contacto
el peso es perpendicular a la horizontal
la fuerza de fricción es de 2 clases:
fuerza de fricción estática: es la reacción que presenta un cuerpo en reposo o oponiéndose a su deslizamiento sobre otra superficie
fuerza de fricción dinámica: tiene un valor igual a la que se requiere aplicar para que un cuerpo se deslice a velocidad constante sobre otro
trabajo mecánico: es una magnitud escalar producida solo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su misma dirección
trabajo realizado por una fuerza variable: en muchos casos, la fuerza varía en magnitud o dirección durante el proceso en el que se efectúa trabajo. Por ejemplo mientras un cohete se aleja de la tierra, se realiza cierto trabajo para superar la fuerza de gravedad, la que varía como el cuadrado inverso de ladistancia desde el centro de la tierra
energía cinética y el principio trabajo y energía
Energía es uno de los conceptos más importantes en ciencia y se define en forma tradicional como la capacidad de realizar un trabajo.
Energía cinética: es aquella energía que tiene un cuerpo en movimiento, el término cinético promueve del griego kinetikos, que significa movimiento
Energía potencial
Es la energía asociada con las fuerzas que dependen de la posición o configuración de un objeto en relación con su entorno
El ejemplo más común de la energía potencial es la energía potencial gravitacional, que es debida a la gravedad de la tierra y a la altura que tiene el objeto
Ep=m•g•h
Energía potencial elástica
Epelastica= 1/2•k•x²

Fuerzas conservativas y no conservativas
El trabajo realizado contra la gravedad al mover un objeto desde un punto hasta otro no depende de la trayectoria que se siga. No depende de las posiciones inicial o final, por lo que se llaman fuerzas preservativas. Si el trabajo que se realiza depende de la trayectoria, entonces son fuerzas no conservativas
El principio de trabajo-energía establece que para fuerzas no conservativas que actúan sobre un objeto es igual al cambio total en las energías cinética y potencial
Tnc=aˆ†Ec+aˆ†Ep
Tnc=trabajo para fuerzas no conservativas
Ec=energía cinética
Ep=energía potencial
Energía mecánica y su conservación
Si solo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánicatotal de un sistema no aumenta ni disminuye en ningún proceso. Permanece constante, es decir se conserva
E=energía mecánica total
Solo en fuerzas conservativas: Ef=Eo
Ecf+Epf=Eco+Epo
(maˆ™Vf^2)/2+mghf=(maˆ™Vo^2)/2+mgho





Como otro ejemplo de la conservación de la energía mecánica consideremos un objeto de masa “m” conectado a un resorte horizontal cuya masa se puede despresiar y cuya constante de resorte es K. la masa m tiene una rapidez V en cualquier momento M.
La energía potencial del sistema (objeto + resorte) está dada por la ecuación:
Ep=(Ka€–(x)a€—^2)/2
Donde x es el desplazamiento del resorte desde su longitud no estimada. Si no hay fricción ni fuerza que actúe, la conservación de energía mecánica es:
(mVo^2)/2+(KXo^2)/2=(mVf^2)/2+(KXf^2)/2
Potencia
se define como la tasa a la que se realiza el trabajo también se define como la relación a la que se transforma le energía; comúnmente, se entiende como la rapidez con que se realiza un trabajo
P=T/t
P=(Faˆ™d)/t
P=Faˆ™V
1Hp=horse power=746w
1Cv=736w=caballo de vapor
η=(trabajo producido por la máquina)/(trabajo suministrado por la maquina)
η= eficiencia o rendimiento
Impulso mecánico
El impulso mecánico que recibe un cuerpo es igual al producto de la fuerza aplicada por el intervalo de tiempo en el cual ésta actúa. En otras palabras cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo en un cierto tiempo, se dice que éste ha recibido un impulso
I=Faˆ™t
I=ImpulsoF=Fuerza aplicada
t=tiempo de aplicación
Cantidad de movimiento
También llamada ímpetu de un cuerpo es igual al producto de su masa por su velocidad
c=maˆ™V
F=maˆ™a
a=aˆ†V/t=(Vf-Vo)/t
F=m(Vf-Vo)/t
Choque elástico e inelástico
Un choque es elástico cuando se conserva la energía cinética, por ejemplo el choque que se da entre las bolas de billar. Un choque es inelástico cuando no se conserva la energía cinética. Esto se debe a que cuando el choque parte de la energía se transforma en calor, ocaciona una deformación en los cuerpos.
Ley de la conservación de la cantidad de movimiento
“Cuando dos o más cuerpos chocan, la cantidad de movimiento es igual antes y después del choque”


m1V1+m2V2=m1v1+m2v2
Termología
Actualmente se interpreta al calor como una energía en tránsito que fluye de cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura
La temperatura: es una magnitud física que indica que tan caliente o fría está una sustancia y se mide con un termómetro.
La temperatura de un cuerpo o sistema es una propiedad intensiva, ya que no depende de la cantidad de materia , mide su naturaleza sino del ambiente en el que se encuentre. Sin embargo, la temperatura si depende del estado de agitación o movimiento desordenado de las moléculas, osea del valor de la energía cinética media o por medio de las moléculas del cuerpo o del sistema.
Se le denomina calor a la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo o entredistintos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura.
La energía interna de un cuerpo o substancia se define como la suma de las energías cinética y potencial de todas las moléculas individuales que lo constituyen.
El calor es una magnitud física que describe las interacciones de un sistema con otro que corresponde a la cantidad de energía que se transfiere de un sistema a otro. En conclusión, todo cuerpo o sistema debido a su temperatura tiene la capacidad de transferir a otro cuerpo o sistema que esté a temperatura más baja.
Medida de temperatura
El funcionamiento de un termómetro se basa en el hecho que se presenta cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, después de un tiempo, alcanzan la misma temperatura, es decir, están en equilibrio térmico.
El fenómeno de la dilatación de los fluidos se utiliza en la construcción de los termómetros. Existen diferentes tipos, y el más común es el de mercurio.
Escalas termométricas
+ Escala Farenheit: el alemán Gabriel Farenheit contruye en 1714 el primer termómetro. Para ello mediante una mezcla de huelo y cloruro de amonio, logró la temperatura más baja y marcó el nivel de mercurio; después al registrar la temperatura del cuerpo humano, volvió a marcar el termómetro y entre ambas señales, hizo 96 divisiones iguales. Más tarde, observó que al colocar su termómetro, este marcaba 32°. Y en agua hirviendo, 212°
+Escala Celsius: Andrés Celsiusconstruye en 1742 un termómetro que se basa en la fusión del hielo y en el punto de ebullición del agua a la presión de una atmósfera dividiendo en 100 partes iguales llamadas a cada una un grado.
+Escala Kelvin: William Kelvin propuso una nueva escala de temperatura en la cual el 0 corresponde con la nula energía cinética de las moléculas el tamaño de un grado Kelvin es igual a un grado centígrado.
K= __°c+273
°C=k-273
°F=1.8(__°C 32
°C=(F-32)/1.8
Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría de ellos se dilatan al calentarse y se contraen cuando se enfría.
Los gases se dilatan mucho más que los líquidos y éstos más que los sólidos.
Dilatación lineal
es el aumento de longitud al elevarse la temperatura de un cuerpo. Para calcular éste incremento, se necesita la siguiente expresión experimental
Lf=Lo[1+α(Tf-To) ]
Lf=longitud final
Lo=longitud inicial
α= coeficiente de dilatación lineal
Tf=temperatura final
To=temperatuda inicial
SUSTANCIA Α (1/(°C) )
Hierro 11.17Xa€–10a€—^(-6)
Aluminio 22.4Xa€–10a€—^(-6)
Cobre 16.7Xa€–10a€—^(-6)
Plata 18.3Xa€–10a€—^(-6)
Plomo 27.3Xa€–10a€—^(-6)
Niquel 12.5Xa€–10a€—^(-6)
Acero 11.5Xa€–10a€—^(-6)
Zinc 35.4Xa€–10a€—^(-6)
vidrio 7.3Xa€–10a€—^(-6)



Ejercicios para estudio
Enuncia la primera ley de Newton


sQué es la estática?


Explica qué se le llama Par de Fuerzas


sQué es el momento de una fuerza?


sPor qué el equilibrio de un cuerpoes indiferente?


Explica la primera condición de equilibrio


sQué es la fuerza de fricción estática?


Define trabajo mecánico


sQué es energía?


sQué es energía potencial?


sCuáles son las fuerzas conservativas y por qué se llaman así?
Enuncia la tercera ley de Newton


sQué estudia la estática?


Explica a qué se le llaman fuerzas paralelas


sQué es el centro de gravedad de un cuerpo?


Explica lo que es el equilibrio inestable


Explica la segunda condición de equilibrio


sQué es la fuerza de fricción dinámica?


sA qué se le llama trabajo mecánico en física?


sCuál es la definición más aceptada de energía?


sQué es la energía cinética?


sCuáles son las fuerzas no conservativas y por qué se llaman así?



sCuáles son las fuerzas no conservativas y por qué se llaman así?



Enuncia el principio trabajo-energía.


Da la definición de potencia


A qué se le llama impulso?


Qué es el choque inelástico?


Enuncia la ley de la conservación de la cantidad de movimiento
Da la definición de temperatura


Explica qué hizo Andrés Celsius en 1742 para construir su termómetro


Explica qué es la dilatación lineal de los cuerpos


Cuales son las fuerzas conservativas y por qué se llaman así?


Enuncia la ley de la conservación de la energía mecánica


Da la definición de potencia


A qué se le llama cantidad demovimiento?


Qué es un choque elástico?


Enuncia la ley de la conservación de la cantidad de movimiento


Da la definición de calor


Explica qué hizo Gabriel Fahrenheit en 1714 para construir su termómetro


Explica qué es la dilatación de los cuerpos


Problemas
Una persona pesa 686N y asciende por un elevador con una aceleración de 2m/s². calcular:
El peso aparente de la persona, es decir la fuerza de reacción que ejercerá el piso del elevador al subir
El peso aparente de la persona al bajar.











En un montacargas está suspendido un cuerpo cuyo peso es de 950N, como se ve en la figura. Calcular:
La tensión en el cable que lo sujeta cuando desciende con una aceleración de 3m/s²
La tensión en el cable que lo sujeta cuando asciende con la misma aceleración











Encontrar el valor de las tensiones en las cuerdas debido al peso que soportan





Encontrar el valor de la tensión y el empuje que soporta la estructura debido al peso dado







Calcular la tensión en la cuerda que sostiene la siguiente viga y a qué distancia se encuentra del punto A. considere despreciable el peso de la viga



Calcular el valor del peso que se debe aplicar para que la barra quede en equilibrio y determinar el valor de la tensión en la cuerda que sujeta a la barra, si el peso de ésta es despreciable:





Un piano de 250 kg se desliza 3.5m haciaabajo por una rampa de 25° y un señor lo mantiene sin aceleración empujándolo en dirección paralela a la rampa. El coeficiente efectivo de fricción cinética es de 0.35. calcule
La fuerza que ejerce el hombre: __________
El trabajo que efectúa el hombre sobre el piano:__________
El trabajo que efectúa la fuerza de fricción:__________
El trabajo efectuado por la fuerza de gravedad:_________
El trabajo neto efectuado sobre el piano:__________








Una flecha de 80 gramos es disparada desde un arco cuya cuerda ejerce una fuerza de 95N sobre la flecha que recorre una distancia de 80cm. sCuál es la velocidad de la flecha cuando ésta deja el arco?










Jane, al buscar a Tarzán, corre a su máxima rapidez (5.3 m/s) y se sujeta a una liana que cuelga verticalmente de un árbol alto en la selva. Cuán alto puede balancearse hacia arriba?








Un esquiador novato, que parte desde el reposo, se desliza hacia abajo por un plano inclinado de 35° que no representa fricción y cuya altura vertical es de 185m. cuál es su rapidez cuando alcanza el fondo?







Un resorte vertical cuya constante de resorte es de 850 N/M, se une a una mesa y se comprime 0.25m. qué rapidez hacia arriba puede dar una bola de 0.5k cuando se libere? A qué altura sobre su posición original volará la bola?








Un coche de montaña rusa, mostrada en la figura sube hasta un punto A en el cual éste y susgritones ocupantes, son lanzados pista abajo partiendo del reposo. Suponiendo que no hay fricción, calcule la rapidez en los puntos B,C y D







Se dispara una bala de 0.01 kg en forma horizontal incrustándose en un bloque de madera de 10kg, que está en reposo. La madera y la bala adquieren una velocidad cuyo valor es de 0.5m/s después del impacto. sCuál es el valor de la velocidad inicial de la bala?








Un cuerpo de 3kg lleva una velocidad de 5m/s al chocar de frente con otro cuerpo de 4kg que va a una velocidad cuyo valor es de 2m/s. calcular el valor de la velocidad que llevarán ambos cuerpos después del choque, considerando que éste es completamente inelástico, y por lo tanto se moverán unidos







Una camioneta cuya masa es de 2500kg viaja a una velocidad cuyo valor es de 80km/h en dirección noreste con un ángulo de 40°respecto al este, como se ve en la figura. Choca contra un automóvil de 1700kg que viaja al oeste con una velocidad de 100km/h. después del impacto, ambos vehículos quedan unidos adquiriendo la misma velocidad. Calcular el valor de dicha velocidad y su dirección






Determinar en watts y en caballos de fuerza la potencia que necesita un motor eléctrico para poder elevar una carga de 20X10³N A UNA ALTURA DE 30m en un tiempo de 15 segundos.








Un motor cuya potencia es de 70hp eleva una carga de 6X10³N a una altura de 60m. en qué tiempo la sube?