La tierra describe un movimiento de rotación girando sobre su propio eje, al mismo tiempo describe un movimiento de traslación alrededor del sol.
La mecánica es la rama de la física encargada de estudiar los movimientos y estados de los cuerpos. Se divide en 2 partes:
Cinemática: estudia las diferentes clases de movimiento de los cuerpos sin atender las causas que lo producen.
Dinámica:estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos. La estática que analiza las situaciones que posibilitan el equilibrio de los cuerpos, queda comprendida dentro del estudio de la dinámica.
Un cuerpo tiene movimiento cuando cambia su posición a medida que transcurre el tiempo.
Un sistema de referencia es absoluto cuando se toma en cuenta un sistema fijo de referencia, tal es el caso de considerar a la tierra como sistema fijo de referencia, un caso representativo lo tenemos al determinar las trayectorias a seguir por una nave espacial que parte de la tierra a la luna, pues se debe considerar que las posiciones de la tierra, la luna y la nave cambian constantemente. En realidad el sistema de referencia absoluto no existe, porque todo se encuentra en constante movimiento. el movimiento de los cuerpos puede ser en una dimensión o sobre un eje; por ejemplo, el desplazamiento en línea recta de un automóvil o el de un tren; en dos dimensiones o sobre un plano, como el movimiento de la rueda de la fortuna, de un disco fonográfico, el de un avión al despegar o aterrizar, o el de un proyectil cuya trayectoria es curva; en tres dimensiones o en el espacio, como el vuelo de un mosquito hacia arriba, hacia delante y hacia un lado, o el de un tornillo que al hacerlo girar con un desarmador penetra en la pared. la velocidad experimentada por un cuerpo puede ser constante o variable y es una magnitud vectorial, su dirección queda determinada por la dirección del desplazamiento.
Cuando un cuerpo se encuentra en movimiento, interpretamos que su posición esta variando respecto a un punto considerado fijo. El estudio de la cinemática nos permite conocer y predecir en qué lugar se encontrara un cuerpo, que velocidad tendrá al cabo de cierto tiempo, o bien, en que lapso llegara a su destino. Hacer la descripción del movimiento de un cuerpo significa precisar, a cada instante, su posición en el espacio.
Para ello debemos disponer de instrumentos como es el caso de los relojes.
En la descripción del movimiento de cualquier objeto material, también llamado cuerpo físico, resulta útil interpretarlo como un partícula material en movimiento, es decir, como si fuera un solo punto en movimiento. Para ello, se considera la masa de un cuerpo concentrada en un punto.
Cualquier cuerpo físico puede ser considerado como una partícula.
La trayectoria de una partícula, o el camino recorrido al pasar de su posición inicial a su posición final, puede ser recta o curva, resultando así los movimientos rectilíneos o curvilíneos, los cuales pueden ser uniformes o variados dependiendo de, que la velocidad permanezca constante o no.
En la descripción del movimiento de una partícula se usa un sistema de referencia. Existen dos clases de sistemas de referencia: el absoluto y el relativo.
El sistema de referencia absoluto es aquel que considera un sistema fijo de referencia y el sistema de referencia relativo es el que considera móvil al sistema de referencia. En realidad, el sistema de referencia absoluto no existe.
Para describir la posición de una partícula sobre una superficie, se utiliza un sistema de coordenadas cartesianas o coordenadas rectangulares. En este sistema los ejes se cortan perpendicularmente en un punto 0 llamado origen. El eje horizontal es el de las abscisas o de las x y el eje vertical es el de las ordenadas o de las y.
La posición de la partícula también puede representarse por el vector r llamado vector de posición, cuyas componentes rectangulares son x, y. según el cuadrante en que se encuentren las coordenadas, estas tendrán signo positivo o negativo.
Para determinar la posición de una partícula, también se utilizan las llamadas coordenadas polares. La posición del punto q queda determinada por la distancia de este punto al origen 0, así como por el ángulo formado por 0q respecto a 0x, recta del plano que recibe el nombre de eje polar.
La distancia es una magnitud escalar, ya que solo interesa saber cuál fue la magnitud de la longitud recorrida.
En cambio el desplazamiento de un móvil es una magnitud vectorial, pues corresponde a una distancia medida en una dirección particular entre dos puntos: el de partida y el de llegada.
La rapidez es una cantidad escalar que únicamente indica la magnitud de la velocidad.
La velocidad es una magnitud vectorial pues para quedar bien definida requiere que se señale, además de su magnitud, su dirección y su sentido.
Cuando en física se habla de velocidad no se refiere solo a la rapidez con que se mueve un cuerpo sino también en que dirección lo hace. La dirección de la velocidad de un cuerpo móvil queda determinada por la dirección en la cual se efectúa su desplazamiento. La velocidad de un cuerpo puede ser constante o variable.
La velocidad se define como el desplazamiento realizado por un móvil, dividió entre el tiempo que tarda en efectuarlo.
Cuando un móvil sigue una trayectoria recta en la cual realiza desplazamientos iguales en tiempos iguales se dice que efectúa un movimiento rectilíneo uniforme. Para representar algún cambio en una variable se utiliza la letra griega DELTA.
La mayoría de los movimientos que realizan los cuerpos no son uniformes, es decir, sus desplazamientos generalmente no son proporcionales al cambio de tiempo, debido a ello es necesario considerar el concepto de velocidad media.
Una velocidad media representa la relación entre el desplazamiento total hecho por un móvil y el tiempo en efectuarlo.
Cuando un móvil experimenta dos o más velocidades distintas durante su movimiento se pueden obtener una velocidad promedio si sumamos las velocidades y las dividimos entre el número de velocidades sumadas.
La velocidad media se aproxima a una velocidad instantánea, cuando en el movimiento de un cuerpo los intervalos de tiempo considerados son cada vez más pequeños.
La velocidad instantánea en un punto es el límite de la velocidad media alrededor del punto cuando el intervalo de tiempo es tan pequeño que tiende a cero.
Cuando la velocidad de un móvil permanece constante, la velocidad media y la velocidad instantánea son iguales.
a)El desplazamiento puede ser positivo o negativo: si d2 es mayor que d1 el desplazamiento es positivo y si d2 es menor que d1, el desplazamiento es negativo.
b)El desplazamiento de un móvil no representa su distancia recorrida, sino su desplazamiento desde el punto de origen al punto final.
c)La velocidad será positiva o negativa de acuerdo con el signo que tenga el desplazamiento.
Siempre que un cuerpo tiene un cambio en su velocidad, ya sea positivo, cuando la velocidad final es mayor que la velocidad inicial o bien un cambio negativo, cuando la velocidad final es menor que la velocidad inicial, decimos que ha tenido una aceleración. Cuando la aceleración es negativa, es decir que existe una desaceleración. La aceleración será positiva si el cambio en la velocidad también es positivo, y será negativo si el cambio en la velocidad es negativo.
La aceleración es una magnitud vectorial, ya que requiere que se especifique su dirección y sentido para quedar definida. En conclusión: la aceleración representa el cambio en la velocidad de un cuerpo en un tiempo determinado.
Cuando el móvil parte del reposo, su velocidad inicial es igual a cero.
Cuando el móvil no parte del reposo, entonces en el intervalo de tiempo en el cual se considera su movimiento, ya lleva con una velocidad inicial diferente de cero.
Se tiene un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado cuando la velocidad experimenta cambios iguales en cada unidad de tiempo. En este movimiento el valor de la aceleración permanece constante al transcurrir el tiempo.
De la misma manera como sucede con las velocidades de un móvil que no son constantes, sino que varían durante su movimiento, la aceleración también puede estar variando, toda vez que no siempre es constante. Cuando un móvil varia su velocidad es conveniente determinar su aceleración media, conociendo su cambio de velocidad y el tiempo en realizar dicho cambio.
Cuando en el movimiento acelerado de un cuerpo, los intervalos de tiempo considerados son cada vez más pequeños, la aceleración media se aproxima a una aceleración instantánea.
Cuando el intervalo de tiempo es tan pequeño que tiende a cero, la aceleración del móvil será instantánea.
Siempre que tengamos una grafica desplazamiento-tiempo, la pendiente de la curva representara la velocidad, y en una grafica velocidad-tiempo, el área bajo la curva representara el desplazamiento del móvil.
En una grafica desplazamiento-tiempo al cuadrado, la pendiente de la curva representa la mitad del valor de la aceleración experimentada por un móvil durante su recorrido. En una grafica velocidad-tiempo, la pendiente de la curva representa la aceleración y, finalmente, en una grafica aceleración-tiempo, el área bajo la curva representa la velocidad del móvil.
Un cuerpo tiene una caída libre si desciende sobre la superficie de la tierra y no sufre ninguna resistencia originada por el aire o cualquier otra sustancia.
Cuando la resistencia del aire sobre los cuerpos es tan pequeña que se puede despreciar es posible interpretar su movimiento como una caída libre.
Aunque al caer al suelo los cuerpos sufren los efectos de la resistencia del aire, por lo general son despreciables y los consideramos como si fueran caída libre.
El científico italiano Galileo Galilei fue el primero en demostrar en 1590 que todos los cuerpos, ya sean grandes o pequeños, en ausencia de fricción, caen a la tierra con la misma aceleración.
La aceleración gravitacional produce sobre los cuerpos con caída libre un movimiento uniformemente acelerado.
La caída libre de los cuerpos es un ejemplo práctico de movimiento uniformemente acelerado.
Para fines prácticos el valor de la gravedad es aceptado de 9.8066 m/s² cantidad que redondeada puede considerarse de forma aproximada como 9.8 m/s².
Los vectores dirigidos hacia arriba son positivos y los dirigidos hacia abajo son negativos; entonces, puesto que la aceleración de la gravedad está dirigida hacia abajo tendrá un signo negativo. Se acostumbra representar a la aceleración de la gravedad con la letra g
g = - 9.8 m/s²
Para resolver problemas de caída libre se utilizan las mismas ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
Este movimiento se presenta cuando un cuerpo se lanza verticalmente hacia arriba observándose que su velocidad va disminuyéndose hasta anularse al alcanzar su altura máxima. Inmediatamente inicia su regreso para llegar al mismo punto donde fue lanzado y adquiere la misma velocidad con la cual partió. De igual manera, el tiempo empleado en subir, es el mismo utilizado en bajar.
EL TIRO VERTICAL SIGUE LAS MISMAS LEYES DE LA CAIDA LIBRE DE LOS CUERPOS Y, POR TANTO, EMPLEA LAS MISMAS ECUACIONES.
En este tipo de movimiento resulta importante calcular la altura máxima alcanzada por un cuerpo, el tiempo que tarda en subir hasta alcanzar su altura máxima y el tiempo que permanecerá en el aire.
El tiro parabólico es un ejemplo de movimiento realizado por un cuerpo en dos dimensiones o sobre un plano.
El tiro parabólico es la resultante de la suma vectorial de un movimiento horizontal uniforme y de un movimiento vertical rectilíneo uniformemente acelerado.
El tiro parabólico es de dos tipos:
Se caracteriza por la trayectoria o camino curvo que sigue un cuerpo al ser lanzado horizontalmente al vacio. Resultado de dos movimientos independientes: un movimiento horizontal con velocidad constante y otro vertical. La forma de la curva descrita es abierta, simétrica respecto a un eje y con un solo foco, es decir, una parábola.
Se caracteriza por la trayectoria que sigue un cuerpo cuando es lanzado con una velocidad inicial que forma un ángulo con el eje horizontal.
Un cuerpo describe un movimiento circular cuando gira alrededor de un punto fijo central llamado eje de rotación. Este movimiento se efectúa en un mismo plano y es el movimiento más simple en dos dimensiones.
En el movimiento circular el origen del sistema de referencia se encuentra en el centro de la trayectoria circular.
Es conveniente resaltar que las trayectorias de estas son circunferencias concéntricas de longitud diferente y de radio igual a la distancia entre la partícula considerada y el eje de rotación.
Es la abertura comprendida entre dos radios, que limitan un arco de circunferencia.
Es el Angulo central al que corresponde un arco de longitud igual al radio.
Es el tiempo que tarda un cuerpo en dar una vuelta completa o en completar un ciclo.
Es el número de vueltas, revoluciones o ciclos que efectúa un móvil en un segundo.
El periodo equivale al intervalo de la frecuencia y la frecuencia al inverso del periodo.
Este movimiento se produce cuando un cuerpo con velocidad angular constante describe ángulos iguales en tiempo iguales. El origen de este movimiento se debe a una fuerza constante, cuya acción es perpendicular a la trayectoria del cuerpo y produce una aceleración que afectara solo a la dirección del movimiento sin modificar la magnitud de la velocidad, es decir, la rapidez que lleva el cuerpo. En un movimiento circular uniforme el vector velocidad mantiene constante su magnitud, pero no su dirección, toda vez que esta siempre se conserva tangente a la trayectoria del cuerpo.
Cuando la velocidad angular de un cuerpo no es constante o uniforme, podemos determinar la velocidad angular media al conocer su velocidad angular inicial y su velocidad angular final.
En el movimiento circular uniforme solo permanece constante la rapidez, es decir, la magnitud de la velocidad angular, pues esta cambia de dirección, misma que siempre será tangente a la circunferencia y, por tanto, perpendicular al radio de la misma.
Se presenta cuando un móvil con trayectoria circular aumenta o disminuye en cada unidad de tiempo su velocidad angular en forma constante, por lo que su aceleración angular permanece constante.
La velocidad angular instantánea representa el desplazamiento angular efectuado por un móvil en un tiempo muy pequeño que casi tiende a cero.
Cuando durante el movimiento circular de un móvil su velocidad angular no permanece constante, sino que varia, decimos que sufre una aceleración angular. Cuando la velocidad angular varia es conveniente determinar cuál es su aceleración angular media.
Cuando en el movimiento acelerado de un cuerpo que sigue una trayectoria circular, los intervalos de tiempo considerados son cada vez más pequeños, la aceleración angular media se aproxima a una aceleración angular instantánea.
En una grafica desplazamiento angular-tiempo, la pendiente de la curva representa la velocidad angular; en una grafica velocidad angular- tiempo, el área bajo la recta representa el desplazamiento angular; en una grafica desplazamiento angular-tiempo al cuadrado, la pendiente de la recta representa la mitad de la aceleración angular.
Las ecuaciones empleadas para el movimiento circular uniformemente acelerado son las mismas que se utilizan para el rectilíneo uniformemente acelerado con las siguientes variantes:
1.En lugar de desplazamiento en metros hablaremos de desplazamiento angular en radianes
2.La velocidad en m/s se dará como velocidad angular en radianes/s
3.La aceleración en m/s² se cambiara a aceleración angular en radianes/s²
Cuando un cuerpo se encuentra girando, cada una de las partículas del mismo se mueve a lo largo de la circunferencia descrita por él con una velocidad lineal mayor a medida que aumenta el radio de la circunferencia. Esta velocidad lineal también recibe el nombre de velocidad tangencial, porque la dirección del movimiento es siempre tangente a la circunferencia recorrida por la partícula y representa la velocidad que llevaría esta si saliera disparada tangencialmente.
Una partícula presenta una aceleración cuando durante su movimiento circular cambia su velocidad lineal.
En un movimiento circular uniforme la magnitud de la velocidad lineal permanece constante, pero su dirección cambia permanentemente en forma tangencial a la circunferencia. Dicho cambio en la dirección de la velocidad se debe a la existencia de la llamada aceleración radial o centripeda. Es radial porque actúa perpendicularmente a la velocidad lineal y centripeda porque su sentido es hacia el centro de giro o eje de rotación.
Como la aceleración lineal representa un cambio en la velocidad lineal y la aceleración radial representa un cambio en la dirección de la velocidad, se puede encontrar la resultante de las dos aceleraciones mediante la suma vectorial de ellas.
El movimiento armónico simple es un movimiento periódico, es decir, se repite a intervalos iguales de tiempo. Puede ser descrito en función del movimiento circular uniforme, considerándolo como la proyección sobre cualquier diámetro de un punto que se mueve en una trayectoria circular con velocidad constante.
Distancia de una partícula a su punto de equilibrio.
Puede ser positiva o negativa, según este hacia la derecha o a la izquierda de la posición de equilibrio.
Es la máxima elongación cuyo valor será igual al radio de la circunferencia.
Es el resultado de proyectar la velocidad lineal del movimiento circular de un cuerpo sobre el diámetro de la circunferencia.
En el MAS, la aceleración de una partícula oscilante tiene un valor igual a la proyección sobre el diámetro de la aceleración radial ar, del movimiento circular uniforme de un cuerpo.
En el movimiento armónico simple (mas) la elongación, la velocidad y la aceleración se expresan en funciones trigonométricas sencillas de un Angulo. Se le denomina simple para distinguirlo de un movimiento amortiguado. Una curva senoide es la grafica del seno de un Angulo trazada en función del Angulo. Toda onda de esta forma recibe el nombre de senoide o senusoide.
1.- La elongación y es la distancia que separa al móvil del centro o posición de equilibrio. Es positiva si esta a la derecha de su posición de equilibrio y negativa si esta a la izquierda.
2.-La velocidad de oscilación v es el resultado de proyectar la velocidad lineal Vl del movimiento circular de un cuerpo, sobre el diámetro de la circunferencia.
La velocidad de oscilación será positiva si el móvil va a la derecha y negativa si va a la izquierda.
3.- La aceleración de una partícula oscilante a tiene un valor igual a la proyección sobre el diámetro de la aceleración radial del movimiento circular uniforme de un móvil.
El signo de la aceleración de un móvil oscilante es negativo, porque su sentido es siempre contrario al sentido del movimiento.
Construiremos las graficas sinusoidales y conosiudales para un intervalo de tiempo igual a un periodo T.
1.- Cuando la partícula o móvil vibrante se encuentra en los extremos en los que se tiene la máxima elongación, es decir, la amplitud cuyo valor es igual al radio de la circunferencia, la velocidad de oscilación de la partícula es igual a cero, mientras la aceleración de la partícula es la máxima.
2.-Cuando la partícula esta en el punto medio o punto de equilibrio, su elongación vale cero: y=0, pero su velocidad es la máxima, mientras su aceleración tiene un valor de cero.
3.- La aceleración de la partícula siempre tiene sentido contrario al vector desplazamiento.
Al darle un tirón hacia abajo al cuerpo que tiene suspendido el resorte, este se estira y al soltar el cuerpo la fuerza de restitución del resorte tratara de que recupere su posición de equilibrio.
Conforme aumenta la fuerza del tirón aplicado al cuerpo, la fuerza de restitución encargada de que el cuerpo recupere su posición de equilibrio, también aumenta en la misma proporción. Según la ley de Hooke la fuerza de restitución que actúa para que u cuerpo recupere su posición de equilibrio es directamente proporcional al desplazamiento del cuerpo.
El periodo de un vibrador armónico simple depende de su rigidez. Por tanto, a mayor rigidez del resorte, menor es su periodo.
La aceleración de un cuerpo vibrador con un movimiento armónico simple, es directamente proporcional a su desplazamiento o elongación en cualquier instante.
El periodo de un vibrador armónico simple es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa, e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante del resorte (k).
Un péndulo simple está constituido por un cuerpo pesado suspendido en un punto sobre un eje horizontal por medio de un hilo de masa despreciable. El movimiento de un péndulo es otro ejemplo de movimiento armónico simple (mas).
De la ecuación se desprenden las dos leyes del péndulo:
Primera: el periodo de las oscilaciones, por pequeñas que sean, no depende de la masa del péndulo ni de la amplitud del movimiento, sino de su longitud.
Segunda: el periodo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del péndulo, e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la aceleración debida a la acción de la gravedad.
Cuando tenía 17 años reprodujo el fenómeno usando bolas de plomo atadas a hilos de diferentes magnitudes y descubrió que cualquiera que fuese la magnitud de la oscilación o el peso del plomo, la bola requería el mismo tiempo para completar un viaje de ida y vuelta. Únicamente la longitud del hilo afectaba el tiempo de la oscilación. Galileo había descubierto el principio del péndulo, mismo que años más tarde, permitiría al científico ingles Christian Huyges, construir el primer reloj del péndulo.
En el año de 1589 demostró ante sus alumnos el error de Aristóteles, proponía que la velocidad de caída de un cuerpo debido a la aceleración de la gravedad, aumentaba uniformemente con el tiempo y también que la distancia recorrida por dicho cuerpo aumentaba de manera directamente proporcional al cuadrado del tiempo transcurrido.
Escribió dos libros: el mensajero de los astros y diálogos entre dos nuevas ciencias. Estos dos libros abrieron otras perspectivas en el estudio de la astronomía, Galileo ha trascendido al paso del tiempo por importantes aportaciones a la ciencia, sustentadas en demostraciones experimentales.
1.-Rama de la fisica dedicada al estudio de los movimientos y estados en que se encuentran los cuerpos
2.-Estudia las diferentes clases de movimientos de los cuerpos, sin atender las causas que lo producen
3.- Sistema de referencia empleado en la fisica y que se caracteriza por ser movil
4.- Sistema de referencia empleado en la fisica y que se caracteriza por carecer de movimiento
5.- Magnitud escalar que indica la longitud recorrida por un movil durante su trayectoria sin importar la direccion
6.- Magnitud vectorial que corresponde a una distancia medida en una direccion particular entre dos puntos, el de partida y el de llegada
7.- Cantidad escalar que unicamente indica la magnitud de la velocidad
8.- Magnitud vectorial que contiene rapidez,direccion y sentido
9.- Se presenta cuando una movil realiza desplazamientos iguales en tiempos iguales, siguiendo una trayectoria recta
10.- Es la representacion de la velocidad al graficar el desplazamiento de un movil en funcion del tiempo que tarda en realizarlo
11.- Se define como la variacion de la velocidad de un movil en cada unidad de tiempo
12.- Se presenta cuando un movil desciende a la superficie de la tierra sin sufrir ninguna resistencia originada por el viento
13.- Movimiento que se manifiesta cuando un cuerpo se lanza verticalmente hacia arriba
14.- Es una aceleracion cuya direccion esta dirigida hacia el centro de la tierra y cuyo valor es constante (9.8 m/s2)
15.- Es el resultado de la suma vectorial de un movimiento horizontal uniforme y de un movimiento vertical uniformemente variado
16.- Clase de tiro parabolico que se caracteriza por la trayectoria que sigue un cuerpo al ser lanzado horizontalmente al vacio
17.- Clase de tiro parabolico que se caracteriza por la trayectoria seguida por un cuerpo cuando es lanzado con una velocidad inicial que forma un angulo con el ejer horizontal
18.- Movimiento que describe un cuerpo cuando gira alrededor de un punto fijo central llamado eje de rotacion
19.- Es la unidad de medida del desplazamiento angular
20.- Tiempo que tarda un cuerpo en dar una vuelta completa o en completar un ciclo
21.- Numero de vueltas o ciclos que efectua un movil en un segundo
22.- Fuerza presente en un cuerpo que gira y que produce una aceleracion hacia el centro de rotacion
No hay comentarios:
Publicar un comentario