En cualquier caso en el que interviene una fuerza, existe como mínimo, una interacción entre dos cuerpos. Cuando existe un contacto físico entre el cuerpo que ejerce la fuerza y el que la recibe se les llama fuerzas de contacto. En el caso de la fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre la manzana, los dos cuerpos interaccionan sin que exista contacto entre ellos; este tipo de fuerzas reciben el nombre de fuerzas de acción a distancia.
Una fuerza se manifiesta siempre que existe, cuando menos, una interacción entre dos cuerpos.
El efecto que una fuerza produce sobre un cuerpo depende de su magnitud, así como de su magnitud y sentido, por lo tanto, la fuerza es una magnitud vectorial. Para medir la intensidad de una fuerza se utiliza un aparato llamado dinamómetro.
Su funcionamiento se basa en la ley de Hooke que enuncia lo siguiente: dentro de los límites de la elasticidad las deformaciones que sufre un cuerpo son directamente proporcionales a la fuerza que reciben.
La unidad de fuerza usada en el sistema internacional es el newton (N).
Cuando varias fuerzas actúan sobre un cuerpo es necesario calcular el efecto neto producido por ellas, o sea, la resultante del sistema de fuerzas, la cual tiene la propiedad de producir el mismo efecto que causan todas las fuerzas sobre el cuerpo.
La equilibrante de un sistema de fuerzas es aquella fuerza que equilibra al sistema, tiene la misma dirección y magnitud que la resultante pero en sentido contrario.
1.- Fuerzas gravitacionales: cuya causa está en función de la masa de los cuerpos y de la distancia existente entre ellos. Mientras mayor masa tenga un cuerpo, mayor será la fuerza gravitacional con la cual atraerá a los demás cuerpos.
2.- Fuerzas electromagnéticas: su origen se debe a las cargas eléctricas. Cuando las cargas eléctricas se encuentran en reposo entre ellas se ejercen fuerzas electrostáticas y cuando están en movimiento se producen fuerzas electromagnéticas. Estas pueden ser de atracción o de repulsión.
3.- Fuerzas nucleares: son las encargadas de mantener unidas a las partículas del núcleo atómico. Es evidente la existencia de fuerzas atractivas en el núcleo atómico, porque sin ellas sería inconcebible la cohesión de los protones en el núcleo, toda vez que estas partículas, por tener carga positiva, deberían rechazarse. Las fuerzas nucleares son más intensas que las fuerzas eléctricas en el núcleo y opuestas a ellas.
ISAAC NEWTON (1643-1727) NACIO EN INGLATERRA. En 1679 ya había determinado con precisión el radio terrestre: 6371.45 km. en 1687 publico su philosophiae naturalis principia mathematica, en este libro newton expuso tres leyes conocidas como leyes de newton o leyes de la dinámica, así como la ley de la gravitación universal.
Un cuerpo solo se puede mover de manera constante si existe una fuerza actuando sobre él.
Galileo enuncio su principio de la inercia en los siguientes términos:
En ausencia de la acción de fuerzas, un cuerpo en reposo continuaría en reposo y uno en movimiento se moverá en línea recta a velocidad constante.
El físico ingles Isaac Newton enuncio su primera ley o ley de la inercia:
Todo cuerpo se mantiene en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, si la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es cero.
Cuando un paracaidista se lanza desde un avión, recibe la fuerza viscosa del aire, que actúa hacia arriba, contrarrestando la fuerza de atracción de la gravedad, es decir, su peso que actúa hacia abajo, por lo que las dos fuerzas llegan a ser iguales y de acuerdo con la primera ley de newton, como la resultante de las fuerzas que actúan sobre el paracaidista es cero, descenderá con una velocidad constante que recibe el nombre de velocidad terminal, y cuyo valor es aproximadamente de 200 km/h. Es decir: se mueve sin necesidad de recibir una fuerza.
En conclusión: todo cuerpo al caer alcanzara su velocidad terminal, cuando su peso tenga el mismo valor que la fuerza debida a la resistencia del aire.
La primera ley es totalmente valida cuando se trata de un sistema de referencia inercial. Dicho sistema es aquel en el cual no hay aceleración, es decir, se considera que esta en reposo, o bien, se mueve a velocidad constante.
Esta ley se refiere a los cambios en la velocidad que sufre un cuerpo cuando recibe una fuerza. Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuando en la unidad de tiempo, recibe el nombre de aceleración. El efecto de una fuerza desequilibrada sobre un cuerpo produce una aceleración. Cuando mayor sea la magnitud de la fuerza, mayor será la aceleración.
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
La UTM se define como la masa a la que una fuerza de 1 kg le imprimirá una aceleración de 1 m/s².
El SLUG se define como la masa a la que una fuerza de una libra le imprimirá una aceleración de 1 pie/s².
La segunda ley de newton también relacionada la aceleración con la masa de un cuerpo, pues señala claramente que una fuerza constante acelera más a un objeto ligero que a uno pesado.
El enunciado de la segunda ley de newton: 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.
Por definición, se aplica una fuerza de un newton cuando a un cuerpo cuya masa es de un kilogramo se le imprime una aceleración de un metro por segundo cuadrado.
El peso de un cuerpo representa una fuerza, y por tanto, es una magnitud vectorial, cuya dirección es vertical y su sentido está dirigido siempre hacia el centro de la tierra.
Es conocida también como la ley de la acción y la reacción:
La tercera ley o ley de las interacciones, se puede enunciar de la siguiente manera:
Cuando un cuerpo a ejerce una fuerza sobre un cuerpo b, este reacciona sobre a ejerciendo una fuerza de la misma intensidad y dirección pero en sentido contrario.
La teoría geocéntrica era en la que consideraban a la tierra sin movimiento y como el centro del universo, pues creían que todo giraba alrededor de ella.
Hiparco, astrónomo griego que vivió en 125 A.C. logro hacer una lista con más de 1000 estrellas. sin embargo, afirmaba que la tierra era plana y ocupaba el centro del universo.
Claudio Ptolomeo, geógrafo y astrónomo griego (siglo II D.C.) proponía sus teorías considerando a la tierra inmóvil y plana; en ellas suponía a los planetas girando alrededor de la tierra describiendo trayectorias circulares. Fue considerado un gran sabio, sus ideas perduraron durante más de 1300 años.
Nicolás Copérnico, astrónomo polaco (1473-1543) había dicho que la tierra se movía alrededor del sol, propuso que la tierra era redonda y giraba sobre su propio eje cada 24 horas, además de dar una vuelta alrededor del sol cada 365 días. Sin embargo, la iglesia católica condeno como prohibido el libro de Copérnico, pues iba en contra de las creencias religiosas.
Tycho Brahe, astrónomo danés (1546-1601), logro descubrir algunas leyes sobre el movimiento de la luna, además calculo la posición de 777 estrellas y obtuvo datos interesantes sobre los cometas. Todo lo anterior lo realizo gracias a las facilidades proporcionadas por Federico II, rey de Dinamarca, quien le mando a construir un observatorio asignándole un sueldo para que pudiera realizar sus investigaciones. Cuando el rey Federico II murió, se vio obligado a marcharse a Praga, lugar donde tuvo como discípulo a Johannes Kepler.
Johannes Kepler astrónomo alemán (1571-1630) aprovecho todas las enseñanzas de Copérnico, pudo descubrir que estos no se movían formando círculos sino describiendo orbitas elípticas (ovaladas).
Todos los planetas se mueven alrededor del sol siguiendo orbitas elípticas, en las cuales el sol ocupa uno de los focos.
El radio vector que enlaza el sol con un planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales.
Esta ley se aplica el porqué es posible que los planetas giren en orbitas elípticas manteniéndose cerca del sol por la fuerza de gravedad sin llegar a ser absorbidos por él; esto se debe a la variación de la velocidad con que se mueven los planetas en el espacio, mientras más cerca están del sol, mas rápido se mueven y viceversa.
Kepler descubrió que en tiempos iguales las áreas descritas por el radio vector que va del sol a la tierra son iguales a1 = a2.
Los cuadrados de los periodos de revolución sideral de los planetas (t²) son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al sol (d³).
De donde la relación t²/d³ es la misma para todos los planetas, por lo que matemáticamente la tercera ley de Kepler se escribe como:
t²/ d³ = k
donde: k = constante para todos los planetas.
Galileo Galilei construyo un telescopio con el cual se podían ver los cuerpos 30 veces más grandes que a simple vista. Descubrió en la vía láctea gran cantidad de estrellas imposibles de ver sin la ayuda del telescopio. Al estudiar la luna, noto la presencia de montes y otras irregularidades sobre su superficie. Observo las manchas del sol y debido al movimiento de ellas demostró que el sol giraba alrededor de su eje en un periodo de 27 días. También encontró cuatro cuerpos girando alrededor de Júpiter. Descubrió que Venus presentaba fases similares a las de la luna, con esto explico que los planetas brillan porque reflejan la luz del sol.
En 1632 galileo publico un libro en el que representaba las teorías de Ptolomeo y de Copérnico por medio de dos personajes, esto provoco que fuera sancionado por la inquisición y obligado a renunciar a sus ideas.
Desde tiempos remotos, el hombre trato de encontrar una explicación al porque del peso de un cuerpo, porque todo cuerpo suspendido en el aire al cesar la fuerza que lo sostiene cae al suelo, porque todo cuerpo lanzado hacia arriba va disminuyendo su velocidad hasta que se anula y regresa al suelo.
Ahora sabemos que todos los fenómenos anteriores se deben a la existencia de una fuerza llamada gravedad.
El primero en describir la forma en que actúa la gravedad fue newton, quien encontró que todos los cuerpos ejercen entre sí una fuerza de atracción a la cual llamo fuerza gravitacional.
En 1687 newton público su ley de la gravitación universal, en ella expuso que la atracción gravitatoria esta en función de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos. Cuanta mayor masa tenga un cuerpo mayor será la fuerza con la que atraerá a los demás cuerpos. Debido a ello, un hombre tiene menor peso en la luna que en la tierra, pues la masa de la tierra es mayor a la de la luna y, por tanto, también será mayor su fuerza gravitatoria.
La fuerza gravitatoria con la cual se atraen dos cuerpos será mayor a medida que disminuya la distancia entre ellos.
La ley de gravitación universal se enuncia de la siguiente manera:
Dos cuerpos cualesquiera se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
El peso de un cuerpo depende de la fuerza de gravedad, por tal motivo este será mayor si es atraído por una fuerza gravitatoria mayor o viceversa. Por ello, un hombre que pese 688 n (70 kg) en la tierra, en la luna solo pesara 114.3 (11.6 kg); su masa será la misma, 70 kg, ya que tiene la misma cantidad de materia, pero su peso disminuye a la sexta parte. La razón es que la fuerza de gravedad en la superficie terrestre.
El peso de un cuerpo en la tierra será mayor si este se encuentra al nivel del mar esto se debe a que la distancia entre el cuerpo y el centro de gravedad de la tierra es menor al nivel del mar.
Cuando se coloca un cuerpo cualquiera, sobre una superficie horizontal, su peso ejerce una acción vertical hacia abajo sobre dicha superficie y como reacción la superficie ejerce una fuerza igual en magnitud al peso del bloque, en la misma dirección pero con sentido contrario. Esta fuerza recibe el nombre de fuerza de reacción normal (N).
Vemos un bloque colocado sobre una rampa o plano inclinado que forma un ángulo de 30° respecto al plano horizontal. El peso del bloque experimenta una descomposición vectorial en dos direcciones perpendiculares entre sí, una es normal o perpendicular al plano y la otra es paralela al mismo.
Para encontrar gráficamente las magnitudes de las componentes rectangulares del peso se procede de la siguiente manera: se representa el plano inclinado por una línea con su ángulo correspondiente respecto al plano horizontal. se considera el centro del cuerpo como origen del plano coordinado y, a partir de el, se trazan a escala el vector vertical que representa al peso del cuerpo y después sus componentes rectangulares. Una componente es en dirección perpendicular a la línea del plano inclinado y la otra es en dirección paralela al mismo. Por último, sus valores se obtienen al medir sus longitudes de acuerdo con la escala establecida.
El peso del bloque es una fuerza que actúa verticalmente sobre él y se descompone en dos fuerzas menores, Py que es perpendicular al plano y Px paralela al mismo. La fuerza de reacción normal (N) es igual y opuesta a la componente Py del peso.
Debido a la descomposición vectorial que sufre el peso de un cuerpo en un plano inclinado resulta más fácil subir un barril a un camión rodándolo por una rampa que levantarlo en forma vertical.
Todo cuerpo por el hecho de ser materia posee un campo gravitatorio, el cual se manifiesta por la fuerza de atracción que se ejerce entre dos cuerpos cualesquiera. Donde el campo gravitacional de un cuerpo es la zona en la cual ejerce su influencia sobre otros cuerpos. A medida que aumenta la distancia, la intensidad del campo gravitatorio de un cuerpo gravitatorio disminuye notablemente, no obstante, se dice que se extiende hasta el infinito.
Toda masa origina un campo gravitacional a su alrededor, pero evidentemente una masa pequeña producirá un campo poco intenso; es por ello que su acción no logra mover a otro cuerpo cercano a él. El sol, estrella alrededor de la cual gravitan la tierra y los demás astros del sistema solar, tiene una masa equivalente a 333 432 veces la de la tierra. Nuestro planeta, cuya masa es de 5.9 * 10²4 kg, origina un campo gravitacional a su alrededor provocando que cualquier cuerpo localizado dentro de el reciba la acción de una fuerza con dirección dirigida hacia el centro de la tierra.
La fuerza que ejerce el campo gravitacional terrestre sobre la unidad de masa en un determinado punto, representara el valor de la intensidad del campo gravitacional en dicho punto.
Definamos como intensidad de campo gravitacional en un punto cualquiera a la fuerza por unidad de masa que actúa sobre un cuerpo colocado en ese punto.
Estamos hablando del universo como un todo, incluimos los planetas y sus satélites, los cometas y meteoros, las estrellas y la materia interestelar, los sistemas de estrellas llamados galaxias, así como de los conjuntos de galaxias llamados cúmulos galácticos. La astronomía es la ciencia que se ocupa del estudio de los astros del universo.
A pesar de su gran tamaño, la vía láctea es solo uno de los muchos sistemas de estrellas, llamadas galaxias, que conforman el universo.
El físico George Gamow, propuso en el año de 1948 que el universo se creó en una gran explosión o big bang y que los diversos elementos que actualmente existen se produjeron durante los primeros minutos de haber ocurrido la gran explosión, como resultado de la gran temperatura y alta densidad que poseía originalmente el universo, lo que provoco que se fusionaran partículas subatómicas formando átomos de elementos químicos. Se considera que el hidrogeno y el helio fueron los productos primarios de la gran explosión y los elementos más pesados se produjeron después, dentro de las estrellas.
El sistema solar está formado por una estrella llamada sol, nueve planetas, siete de ellos con satélites excepto mercurio y Venus, asteroides, cometas y meteorides. Las dimensiones de este sistema se determinan en función de la distancia media que existe entre el centro de la tierra al centro del sol, denominada unidad astronómica (ua) y que equivale a 150 millones de kilómetros.
Es la estrella alrededor de la cual gravitan la tierra y los demás astros del sistema solar.
Su masa es 2 * 10³° kg, 333 432 veces más grande que la tierra y su diámetro es de 1 390 000 km, equivalente a 109 veces más que el diámetro terrestre. La energía radiante del sol se genera por reacciones termonucleares de fusión, debido a la conversión del hidrogeno en helio en el interior denso y caliente del sol que alcanza temperaturas del orden de 107 grados kelvin.
Los nueve planetas se dividen en 2 grupos: los planetas interiores que se caracterizan por ser densos, pequeños y estar compuestos principalmente de roca y hierro, estos son: mercurio, Venus, tierra y Marte; los planetas exteriores son más grandes y están constituidos principalmente de hidrogeno, helio y hielo, estos son: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, Plutón se exceptúa de los grupos anteriores, debido a sus propias cualidades.
Los cometas son astros luminosos que están compuestos básicamente de polvo y gases helados. La palabra cometa significa en griego cabellos largos. El cometa Halley fue visto a simple vista desde la tierra en el año de 1986 y se regresa al sistema solar interior cada 75 años por lo que será observado de nuevo en el año de 2061.
La luna es el cuerpo celeste (astro) más cercano a la tierra. Gira alrededor de ella a una velocidad de 3664 km/h. tarda 27 días con 7.716 horas en dar una vuelta alrededor de la tierra (traslación) y es exactamente el mismo tiempo que tarda en girar sobre su propio eje (rotación). Esto origina que veamos siempre un mismo lado, por ello para conocer su otra cara los rusos y estadounidenses han enviado diferentes sondas espaciales a nuestro satélite natural.
Una sonda espacial consta de equipo instrumental y de radiocomunicación, que permite efectuar investigaciones en el espacio interplanetario y en los astros del sistema solar.
El diámetro de la luna es 3476 km y comparado con el de la tierra, que es de 12 742.9 km, equivale al 27.27% del diámetro de esta. La masa de la luna es aproximadamente de 7.25 * 10²² kg y equivale a 1.229% de la masa terrestre cuyo valor es de 5.9 * 10²4 kg.
La luna al girar alrededor de la tierra en ocasiones se encuentra más cerca de ella (perigeo) a una distancia de 356 500 km y en otras más lejos (apogeo) a una distancia de 406 700 km.
La luna carece de luminosidad propia. Su luz se debe a que su superficie refleja la luz del sol y su cantidad varia debido a los cambios cíclicos de la posición relativa de la luna respecto a la tierra.
La lunación es el tiempo que transcurre entre dos lunas nuevas consecutivas, lo cual da lugar a las llamadas fases de la luna: la luna nueva se presenta cuando todo el disco lunar queda en la oscuridad. La iluminación sigue aumentando hasta que siete días después de la luna nueva se ve a la mitad del disco iluminado, esta fase se conoce como cuarto creciente. La luna continua su movimiento iluminándose hasta que todo el disco se ve completamente brillante, esta fase se llama luna llena. Después empieza la segunda parte del ciclo en el cual el disco va a menguar su iluminación. Cuando solo la mitad del disco queda iluminada, tenemos la fase llamada cuarto menguante. Finalmente todo el disco queda en completa oscuridad dando inicio a un nuevo ciclo, cuya duración es de 29 días 7 horas 43 minutos y 11.5 segundos y recibe el nombre de revolución sinódica, lunación o mes lunar.
La luna carece de atmosfera, pues su fuerza de gravedad es incapaz de retener a las moléculas gaseosas; esto implica que tenga una carencia total de humedad, además de estar expuesta a los constantes bombardeos de meteoritos, mismos que al no encontrar ninguna resistencia producen cráteres en su superficie.
En la luna la radiación solar y desciende a menos de 150°c bajo cero cuando no la recibe. Los rayos cósmicos llegan a la superficie lunar con toda su energía, pues no existe nada que logre atenuarlos.
Para protegerse de las radiaciones cósmicas y que puedan respirar, los astronautas deben usar una vestidura hermética que cubre todo su cuerpo, misma que recibe el nombre de escafandra espacial.
El día y la noche duran dos semanas terrestres cada una. Además, sus noches son iluminadas por la luz solar que refleja la tierra y cuya intensidad es mayor a la que nos envía.
El 20 de julio de 1969 el hombre piso por primera vez la superficie de la luna. La astronáutica es la ciencia que se encarga de la navegación en el espacio cósmico. Se diferencia de la navegación aérea, porque esta no se encuentra involucrada en problemas como: viajes realizados a través del espacio carente de atmosfera o de gravedad.
El 4 de octubre de 1957, los rusos fueron los primeros en iniciar la era espacial mediante el lanzamiento del Sputnik I, primer satélite artificial en órbita alrededor de la tierra. Tres meses más tarde los estadounidenses lanzaron su primer satélite llamado explorador I.
El proyecto Apolo fue puesto en marcha por estados unidos en 1962. Dicho proyecto, tenía como finalidad colocar a un hombre sobre la luna. Hazaña que se logro mediante la construcción de un potente cohete de 3 fases capaz de poner en órbita terrestre la capsula espacial llamada Apolo. Dicha capsula estaba constituida por tres módulos: el de mando, servicio y alunizaje.
El proyecto Apolo llego feliz a término después de haber efectuado varios vuelos como el de Apolo V III en el que tres astronautas dieron 10 vueltas alrededor de luna. El Apolo IX se lanzo en marzo de 1969, su objetivo era probar los módulos lunar, de servicio y de mando en una órbita terrestre.
En mayo de 1969 lanzaron el Apolo x cuyo propósito era realizar todas las fases previstas menos el verdadero descenso del hombre en la luna. El Apolo XI se lanzo la mañana del 16 de julio de 1969 y alunizo 4 días más tarde, descendiendo Neil Amstrong y Edwin e. Aldrin. Después de dos horas y media sobre el suelo lunar, en las que se recogieron más de 20 kg de rocas y se realizaron algunos experimentos, regresaron a su modulo, dando saltos con facilidad pese al peso de sus trajes y al equipo de supervivencia, pues la fuerza de gravedad de la luna les permitía reducir su peso a la sexta parte.
Después del éxito obtenido con el Apolo XI se realizaron otros 5 alunizajes: en 1969, el Apolo XII; en 1971 los Apolos XIV y XV; y en 1972, los Apolos XVI y XVII. Durante estos vuelos se hicieron importantes estudios: las muestras de rocas y polvo permitieron a los científicos obtener más información para poder encontrar las posibles causas que dieron origen al sistema solar.
También midieron la distancia entre la tierra y su satélite natural por medio de un rayo laser enviado desde nuestro planeta, el cual fue reflejado por un espejo especial instalado en la luna. Al determinar el tiempo que empleo el rayo laser en ir y regresar y conocer su velocidad de propagación (300 000 km/s), se calculo la distancia con gran exactitud.
Mediante diferentes magnometros instalados se encontró que la intensidad del campo magnético lunar equivale a la centésima parte del terrestre.
Para poder realizar un viaje por el espacio cósmico deben tomarse en cuenta las siguientes situaciones:
1.- Puesto que el vuelo de la nave espacial se realiza en ausencia de atmosfera, no cuenta con el oxigeno del aire para lograr la combustión. Por tal motivo además del combustible se debe transportar oxigeno.
2.- El arranque de la astronave debe ser pausado, evitando aceleraciones muy grandes que pongan en peligro la resistencia del organismo humano, el cual soporta grandes velocidades pero no cambios bruscos en la aceleración.
3.- Para determinar la trayectoria que seguirá una nave en su viaje a la luna debe considerarse que su vuelo estará afectado por: la rotación y la traslación de la tierra, por la atracción creciente de la luna y la atracción decreciente de la tierra, y por la atracción del sol. Por otra parte, como las posiciones de la luna, la tierra y la nave cambian constantemente, la influencia de los astros también varia sobre esta.
4.- Para evitar que la nave parta con una velocidad excesiva o menor de la necesaria, el lanzamiento se hace en dos fases: la primera consiste en ponerla en órbita estacionaria alrededor de la tierra, esto sucede cuando alcanza una velocidad llamada orbital de 28 000 km/h.
5.- al alejarse de la tierra la fuerza de atracción terrestre disminuirá sobre la nave y aumentara la de la luna hasta llegar a un punto en que las dos fuerzas se equilibren. Dicho punto llamado muerto se encuentra aproximadamente a 57 000 km del centro de la luna; al rebasar este punto la nave penetra en el campo gravitacional lunar, por lo que su velocidad comienza a incrementarse.
6.- para frenar la nave se usa la retropulsión, dirigiendo el chorro de los motores hacia la superficie lunar se reduce la velocidad aproximadamente a 300 km/h. esta velocidad permite que la nave quede en órbita alrededor de la luna.
7.- El regreso a la tierra requiere una velocidad inicial de la nave de 8600 km/h para alcanzar el punto muerto e iniciar su retorno en caída libre. La velocidad que llega a alcanzar es de unos 40 000 km/h
8.- Al penetrar a la atmosfera terrestre la nave debe descender con una cierta inclinación, pues si lo hiciera verticalmente la fricción con el aire la desintegraría rápidamente. La inclinación permite que sea frenada por el aire, pero la fricción provoca que algunas partes de la nave alcancen temperaturas de 5000 °C. Por tal motivo se recubre con un plástico especial, el cual con el calor se funde lentamente y se desprende. Por último el descenso final a la superficie terrestre se realiza por medio de paracaídas, aprovechando la resistencia de la atmosfera.
La palabra estática se deriva del griego statikos que significa inmóvil. La estática queda comprendida dentro del estudio de la dinámica y analiza las situaciones que permiten el equilibrio de los cuerpos.
La estática estudia aquellos casos en que los cuerpos sometidos a la acción de varias fuerzas no se mueven, toda vez que estas se equilibran entre sí. También considera los casos en que la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento es nula y el cuerpo sigue desplazándose con movimiento rectilíneo uniforme.
El equilibrio de los cuerpos rígidos son aquellos cuya deformación provocada por una fuerza es mínima al compararla con su tamaño.
Las fuerzas pueden clasificarse en coplanares si se encuentran en el mismo plano, o sea, en dos ejes, y no coplanares si están en diferente plano, es decir, en tres ejes.
El principio de transmisibilidad del punto de aplicación de las fuerzas dice:
El efecto externo de una fuerza no se modifica cuando se traslada en su misma dirección, es decir, sobre su propia línea de acción.
Un sistema de fuerzas colineales se forma cuando sobre un cuerpo actúan dos o más fuerzas con una misma línea de acción, es decir, en la misma dirección.
Las fuerzas concurrentes son aquellas cuyas direcciones o líneas de acción pasan por un mismo punto. También se les suele llamar angulares porque forman un ángulo entre ellas
Si sobre un cuerpo rígido actúan dos o más fuerzas cuyas líneas de acción son paralelas, la resultante tendrá un valor igual a la suma de ellas con su línea de acción también paralela a las fuerzas, pero su punto de aplicación debe ser determinado con precisión para que produzca el mismo efecto que las componentes.
Se produce un par de fuerzas cuando dos fuerzas paralelas de la misma magnitud pero de sentido contrario actúan sobre un cuerpo. Su resultante es igual a cero y su punto de aplicación esta en el centro de la línea que une a los puntos de aplicación de las fuerzas componentes. No obstante que la resultante es cero, un par de fuerzas produce siempre un movimiento de rotación tal como sucede con el volante de un automóvil.
El momento de un fuerza, también llamado torque o torca (torcer), 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.
El valor del momento de una fuerza (m) se calcula multiplicando el valor de la fuerza aplicada (f) por el brazo de la palanca ®, donde:
M = Fr
El momento de una fuerza es positivo cuando su tendencia es hacer girar a un cuerpo en sentido contrario al giro de las manecillas de un reloj, y negativo cuando la tendencia de la fuerza aplicada es hacer girar al cuerpo en sentido de las manecillas del reloj.
El momento de una fuerza es una magnitud vectorial cuya dirección es perpendicular al plano en que se realiza la rotación del cuerpo y su sentido dependerá de cómo se realice esta.
El centro de gravedad de un cuerpo 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. Si el cuerpo es simétrico y homogéneo la resultante de todas las fuerzas gravitatorias se localizara en el centro geométrico.
Por centroide se entiende el punto donde estaría el centro de gravedad, si el espacio vacío fuera ocupado por un cuerpo.
El centro de masa de un cuerpo se localiza en aquel punto en el cual para cualquier plano que pasa por el los momentos de las masas a un lado del plano son iguales a los momentos de las masas del otro lado.
Un cuerpo está en equilibrio estable cuando al moverlo vuelve a ocupar la posición que tenia debido al efecto de la fuerza de gravedad. Cuando se mueve, su centro de gravedad sube, por ello trata de regresar a su posición inicial.
Un cuerpo tiene equilibrio inestable cuando al moverlo baja su centro de gravedad, por lo que 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 posición original ni alejarse de ella.
La estabilidad de un cuerpo apoyado sobre su base aumenta a medida que es mayor la superficie de sustentación y disminuye al ser mayor la altura de su centro de gravedad.
Cualquier movimiento por complejo que sea puede ser reducido para su estudio a los dos tipos de movimiento señalados: de traslación o de rotación.
Para que un cuerpo este en equilibrio de traslación la fuerza neta o resultante de todas las fueras que actúan sobre el debe ser igual a cero. En otras palabras, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en el eje de las ordenadas y en el eje de las abscisas debe ser cero.
La primera condición de equilibrio nos dice: para que un cuerpo este en equilibrio de traslación, la resultante de todas las fuerzas que acatan sobre el debe ser cero.
Un cuerpo puede encontrarse en equilibrio de traslación si la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es cero. Sin embargo, debido al efecto que le produce un par de fuerzas. Así, la rotación del volante de un móvil se debe a la capacidad que tiene cada fuerza para hacerlo girar, y como tanto la fuerza f1 y f2 lo hacen girar en el mismo sentido.
Segunda condición de equilibrio: para que un cuerpo este e equilibrio de rotación, la suma de los momentos o torcas de las fuerzas que actúan sobre el respecto a cualquier punto debe ser igual a cero.
Siempre que se quiere desplazar un cuerpo que está en contacto con otro se presenta una fuerza llamada fricción que se opone a su deslizamiento.
La fricción es una fuerza tangencial, paralela a las superficies que están en contacto. Existen dos clases de fuerzas de fricción:
La fuerza de fricción estática es la reacción que presenta un cuerpo en reposo oponiéndose a su deslizamiento sobre otra superficie.
La 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.
La fuerza de fricción estática será cualquier situación un poco mayor que la de fricción dinámica, ya que se requiere aplicar más fuerza para lograr que un cuerpo inicie su movimiento, que la necesaria para que lo conserve después a velocidad constante.
La fuerza máxima estática (fme) se alcanza un instante antes de que el cuerpo inicie su deslizamiento.
La fuerza máxima estática (fme) es directamente proporcional a la fuerza normal que tiende a mantener unidas ambas superficies debido al peso.
El coeficiente de fricción estático es la relación entre la fuerza máxima de fricción estática y la normal. Es adimensional, o sea que carece de unidades, ya que es el resultado de dividir dos fuerzas.
La fuerza de fricción dinámica actuara siempre en la misma dirección pero en sentido contrario al movimiento de un cuerpo, es decir, en sentido contrario a la velocidad, provocando una aceleración negativa y consecuentemente un frenado.
La fuerza de fricción dinámica se mantiene constante, independientemente de que la velocidad sea grande o pequeña.
El coeficiente de fricción dinámico es la relación entre la fuerza de fricción dinámica y la fuerza normal que tiende a mantener unidas dos superficies. Es adimensional.
En las superficies lisas la fricción es menor. La fuerza de fricción es prácticamente independiente de la superficie de deslizamiento.
La fricción no siempre esta ofreciéndonos ventajas, pues debido a ella se presentan los siguientes inconvenientes: se produce un considerable desgaste en la ropa, zapatos, neumáticos, piezas metálicas, pisos, alfombras, paredes, etc. una gran parte de la energía suministrada a las maquinas se pierde por el calor no aprovechable que se produce por la fricción.
El hombre ha encontrado varias formas para reducir la fricción y para ello utiliza aceites, lubricantes, cojinetes de bolas o baleros, pues el rozamiento es menor en superficies rodantes que en las deslizantes. Asimismo emplea superficies lisas en lugar de rugosas.
La fricción se puede aumentar o disminuir cuando sea conveniente.
El trabajo es una magnitud escalar producido solo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su misma dirección: su valor se calcula multiplicando la magnitud de la componente de la fuerza localizada en la misma dirección en que se efectúa el movimiento del cuerpo, por el desplazamiento que este realiza.
Se realiza un trabajo de un joule (1 J) cuando al aplicar una fuerza de un newton a un cuerpo, este se desplaza un metro.
Se produce por la combustión de carbón, madera, petróleo, gas natural, gasolina y otros combustibles.
Se produce cuando a través de un material conductor se logra un movimiento o flujo de electrones. La corriente eléctrica genera luz, calor y magnetismo.
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Se produce cuando las sustancias reaccionan entre sí alterando su constitución íntima como es el caso de la energía de las pilas.
Se aprovecha cuando la corriente de agua mueve un molino o la caída de agua de una presa mueve una turbina.
Es la producida por el movimiento del aire y se aprovecha en los molinos de viento o en los aerogeneradores de alta potencia para producir electricidad.
Es la energía producida por ondas electromagnéticas que se caracterizan por su propagación en el vacio a una velocidad de 300 000 km/h, tal es el caso de las de radio, los rayos gamma, rayos x, ultravioleta, infrarrojos o luminosos.
Es la originada por la energía que mantiene unidas a las partículas en el núcleo de los átomos, misma que es liberada en forma de energía calorífica y radiante cuando se produce una reacción en fusión, caracterizada por la unión de dos núcleos ligeros, para formar uno mayor.
Es la que tienen los cuerpos cuando son capaces de interaccionar con el sistema del cual forman parte, para realizar un trabajo. Se divide en energía cinética y potencial.
La energía es una propiedad que caracteriza la interacción de los componentes de un sistema físico que tiene la capacidad de realizar un trabajo.
La energía no se crea ni se destruye solo se transforma.
Un cuerpo tiene energía si es capaz de interaccionar con el sistema del cual forma parte, para realizar un trabajo. Su unidad en el SI es el joule.
Nota: un sistema físico cualquiera está constituido por una combinación de cuerpos u objetos que forman un todo homogéneo. Un sistema físico contribuye a la observación, el estudio, la investigación y de ser posible, la manipulación de las distintas variables involucradas en el mismo.
Cuando levantamos un cuerpo cualquiera, debemos efectuar un trabajo igual al producto de la fuerza aplicada por la altura a la que fue desplazado. Este trabajo se convierte en energía potencial gravitacional ejercida por la tierra sobre el cuerpo. Así pues, debido a la atracción de la tierra, si el cuerpo se deja caer, será capaz de realizar un trabajo del mismo valor sobre cualquier objeto en el que caiga.
Como el trabajo (T) realizado para elevar un cuerpo es igual a la energía potencial gravitacional (EPG).
EPG = T = Ph
La fuerza requerida para elevar un cuerpo a una cierta altura es igual a su peso.
F = P = mg
La energía potencial gravitacional de un cuerpo localizado a una cierta altura depende del nivel tomado como referencia.
¿Puede ser la energía potencial gravitacional de valor negativo? la respuesta es sí.
El cuerpo elevado a una altura h del nivel de referencia tiene una energía potencial gravitacional positiva, pues al regresar al suelo será capaz de realizar un trabajo equivalente a su energía potencial gravitacional. Pero el cuerpo localizado a una altura h abajo del nivel de referencia tiene una energía potencial gravitacional negativa, pues al bajar a ese punto cede energía y para subirlo de nuevo al nivel del suelo se debe realizar un trabajo considerado negativo.
Por el estado en que se encuentran un resorte comprimido o estirado, una liga tensa o los muelles de espiral, como la cuerda enrollada de un reloj, tienen la capacidad de realizar trabajo, es decir, de desplazar algún cuerpo por la acción de una fuerza. Debido a ello tienen energía potencial elástica.
Todo cuerpo en movimiento tiene energía cinética. Todo aquello que está en movimiento tiene energía cinética.
Seguramente habrás observado como unos cuerpos tienen movimiento de traslación y otros de rotación, o una combinación de ambos. Decimos que un cuerpo presenta un movimiento de traslación cuando todas sus partes siguen una dirección constante.
Un cuerpo tiene movimiento de rotación cuando lo lleva a cabo alrededor de una recta llamada eje de rotación, cuyos puntos permanecen inmóviles.
Hay cuerpos con movimiento de traslación y de rotación, tal es el caso de la tierra y también el de un yoyo.
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Un cuerpo suspendido a cierta altura, al ser soltado transforma su energía potencial gravitacional en energía cinética traslacional.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética traslacional, es necesario realizar un trabajo sobre él.
La energía cinética traslacional de un cuerpo es igual a un medio del producto de su masa por el cuadrado de la velocidad que lleva.
La unidad usada en el sistema internacional para la energía, la podemos encontrar sustituyendo en la ecuación de la energía cinética traslacional la unidad de masa (kg) y la unidad de velocidad (m/s) elevada al cuadrado:
ECT EN UNIDADES DEL SI ES IGUAL A: kg m²/s² = JOULE = J
La energía rotacional la presentan los cuerpos cuando giran. Antes de soltar una canica, esta tiene una energía potencial gravitacional igual a su peso por su altura, pero al ir cayendo se va transformando su energía potencial gravitacional en energía cinética traslacional. Pero además, debido a que existe fricción o rozamiento entre la canica y la superficie del plano inclinado, la canica empieza a girar adquiriendo también, energía cinética rotacional. Sino existiera fricción entre la superficie y la canica, esta no giraría y únicamente tendría energía cinética traslacional, al deslizarse por el plano inclinado.
La energía total de la esfera, es decir: ET = EPG + ECT, en cualquier instante de su trayectoria, es la misma. Esto se debe a la interacción entre la esfera y la tierra por la fuerza gravitacional, lo cual constituye un sistema conservativo, pues cualquier trabajo realizado por un cuerpo en contra de la fuerza de gravedad de la tierra se recupera íntegramente cuando el cuerpo desciende. Por tal motivo, la fuerza de gravedad es una fuerza conservativa.
Cuando la energía se convierte en calor y después ya no es posible volverla a transformar en otra clase de energía, decimos que se ha degradado.
La ley de la conservación de la energía es la siguiente:
La energía existente en el universo es una cantidad constante pues no se crea, ni se destruye, únicamente se transforma.
La potencia mecánica se define como la rapidez con que se realiza un trabajo. se mide en watts (W) y se dice que existe una potencia mecánica de un watt cuando se realiza un trabajo de un joule en un segundo.
Potencia mecánica es la rapidez con la cual se realiza un trabajo.
La unidad utilizada en el sistema internacional de unidades para medir la potencia es el watt y significa un trabajo de un joule realizado en un segundo. (EN HONOR AL ESCOCES JAMES WATT, 1736-1819, famoso por la construcción de una máquina de vapor).
No obstante, todavía se emplean las siguientes unidades practicas: el caballo de fuerza (hp) y el caballo de vapor (cv).
1 hp = 746 W
1 cv = 736 W
P = Fv
Esta expresión permite calcular la potencia si se conoce la velocidad que adquiere el cuerpo, misma que tendrá una dirección y un sentido igual al de la fuerza que recibe.
Para conocer la eficiencia o rendimiento de una maquina que produce trabajo, tenemos la expresión:
El impulso mecánico que recibe un cuerpo es igual al producto de la fuerza aplicada por el intervalo de tiempo en el cual esta actúa.
Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo en un cierto tiempo, se dice que este ha recibido un impulso.
El impulso es una magnitud vectorial cuya dirección corresponde a la de la fuerza recibida.
La cantidad de movimiento o ímpetu de un cuerpo es igual al producto de su masa por su velocidad.
Como resultado del impulso que recibe un cuerpo, este cambia su velocidad, motivo por el cual se dice que ha experimentado una variación en su cantidad de movimiento o ímpetu.
La cantidad de movimiento o ímpetu es una magnitud vectorial cuya dirección corresponde a la de la velocidad.
Los choques entre los cuerpos pueden ser elásticos o inelásticos, dependiendo de si se conserva o no la energía cinética al efectuarse el choque.
Un choque es elástico cuando se conserva la energía cinética. Tal es el caso de los choques entre átomos y moléculas de un gas. Otro ejemplo para fines prácticos se considera elástico es el que se realiza entre dos esferas de vidrio o de acero.
Un choque es inelástico, cuando no se conserva la energía cinética. Esto se debe a que durante el choque parte de la energía cinética se transforma en calor u ocasiona una deformación en los cuerpos. En un choque completamente inelástico los cuerpos quedan unidos después del choque, por tanto, su velocidad final será la misma. Un ejemplo es de una bala que se incrusta en un bloque de madera.
La ley de la conservación de la cantidad de movimiento señala lo siguiente: cuando dos o más cuerpos chocan la cantidad de movimiento es igual antes y después del choque. Esto significa que si dos o más cuerpos chocan, el resultado de la suma vectorial correspondiente a las cantidades de movimiento de los cuerpos después del choque es igual a la suma de los vectores que corresponden a las cantidades de movimiento de los cuerpos antes de él.
1.-Estudia a los cuerpos que esta bajo la accion de fuerzas equilibradas entre si, inmoviles o en movimiento rectilineo uniforme
2.-Cuerpo que por su tamaño, si sufre una deformacion esta se considera minima
3.- Estudia las causas que originan el estado de reposo o el movimiento de los cuerpos
4.- Agente externo capaz de variar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de provocar su deformacion
5.- Unidad empleada para cuantificar la fuerza en el SI
6.- Capacidad que tiene una fuerza para hacer girar un cuerpo
7.- Fuerza que se opone al deslizamiento de un cuerpo que esta en contacto con otro
8.- Se obtiene cuando una fuerza actua sobre un cuerpo moviendolo en su misma direccion
9.- Unidad de medida del trabajo mecanico en el SI
10.- Rapidez con la cual se realiza un trabajo
11.- Unidad de medida para la potencia en el SI
12.- Equivalente en Watts de un caballo de fuerza
13.- Equivalente en Watts de un caballo de vapor
14.- Capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo
15.- Unidad de medida en el SI para cuantificar la energia
16.- Energia que poseen todos los cuerpos debido a su posicion o velocidad
17.- Energia que posee todo cuerpo en movimiento
18.- Energia que posee todo cuerpo de acuerdo a su posicion
19.- Clase de energia cuya fuente es el viento
20.- Tipo de energia cuya fuente es el agua
21.- Se presenta cuando la energia se transforma en calor y ya no es posible recuperarla para transformarla en otro tipo de energia
22.- Ley que enuncia que la energia existente en el universo es una cantidad constante la cual no se crea ni se destruye solo se transforma
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