Dinámica parte 1 BAIN077

Física: Mecánica

Unidad 2: Dinámica

Unidad 2

Contenido

• Cantidad de movimiento.

• Fuerzas y leyes de Newton.

• Torque y condiciones de equilibrio estático.

Resultado de aprendizaje

• RA2.1 Modelar problemas en el contexto de dinámica de una partícula.

• RA2.2 Trabajar en forma colaborativa en actividades prácticas.

Unidad 2

Multiple Choice

En la secuencia ¿Quién tiene más fuerza?

• Thor.

• Hulk.

• Ninguno.

• Tienen la misma fuerza.

Unidad 2

¿Qué es dinámica?

Estudio del movimiento de los cuerpos considerando las causas que la producen.

¿Qué es fuerza?

• Sensación común asociada con la dificultad para mover o levantar un cuerpo. En física, se define como la interacción entre dos cuerpos.

• Se identifica una fuerza por el efecto que produce. Uno de los efectos es cambiar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.

• La fuerza cambia la velocidad de un objeto, es decir produce una aceleración.

Unidad 2

Unidad 2

Multiple Choice

¿Cuál fuerza es de interacción o a distancia?

• Fuerza de fricción.

• Fuerza normal.

• Fuerza gravitacional.

• Fuerza de tensión.

Multiple Choice

¿Cuál fuerza es de contacto?

• Fuerza electromagnética.

• Fuerza de interacción fuerte.

• Fuerza de interacción débil.

• Fuerza de fricción.

Unidad 2

Unidad 2

Open Ended

¿Quién fue Isaac Newton?

Unidad 2

Leyes de Newton

Isaac Newton (1643-1727)

Físico, filosofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés.

• Ley de gravitación universal

• Leyes de la dinámica

• Óptica y luz

• Cálculo integral y diferencial

Unidad 2

Inercia

Propiedad de los cuerpos de mantener su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza (Real Academia Española)

En palabras más simples es la resistencia que presentan los cuerpos al movimiento.

Unidad 2

Masa

La masa es la propiedad del cuerpo que determina el efecto de una fuerza aplicada sobre él.

Cuando se quiere cambiar el movimiento, el cuerpo resiste al cambio.

La inercia es la propiedad de la materia que hace que se resista a cualquier cambio de su movimiento, ya sea su dirección o rapidez.

La masa es el término que se usa para cuantificar la inercia.

Unidad 2

Momento lineal

Unidad 2

Considerar tres situaciones para estudiar el momento lineal

1. La partícula se mueve con la misma velocidad durante un intervalo de tiempo Δ𝑡

2. La partícula se mueve con una velocidad dada v₁ y en un intervalo de tiempo Δ𝑡 cambia a v₂

3. La partícula choca con otra de masa diferente y diferente velocidad.

Unidad 2

Primera situación

¿Qué sucede cuando un objetivo de masa m se mueve con velocidad 𝑣 constante y cambia repentinamente su estado de movimiento?

En un cierto intervalo de tiempo Δ𝑡 la partícula se encuentra con la misma velocidad o en reposo.

Unidad 2

•Primera ley de Newton

Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo y uno en movimiento continuará en movimiento con velocidad constante, a menos que actúe una fuerza sobre el cuerpo que altere su estado de reposo o movimiento.

Se dice que el cuerpo está en equilibrio, cuando la sumatoria de fuerza sobre él es cero.

Unidad 2

•Primera ley de Newton

Un sistema de referencia inercial es aquel en el cual no actúa fuerza alguna, este se mueve con velocidad constante o está en reposo.

En este tipo se sistema de referencia se cumple la primera ley de Newton, por está razón también se denomina ley de inercia.

Multiple Choice

Indique si la siguiente aseveración es verdadera o falsa.

"Sobre un objeto en reposo no actúan fuerzas".

• Verdadero.

• Falso.

Unidad 2

•Segunda situación

¿Qué sucede si una partícula de masa m que tiene una velocidad 𝑣₁ y se cambia su velocidad a 𝑣₂ siendo 𝑣₂≠𝑣₁?

Debe existir alguna fuerza que produzca el cambio de velocidad.

Unidad 2

•Segunda ley de Newton

Un cuerpo que experimenta una fuerza neta distinta de cero, presentará un cambio en su velocidad y por lo tanto un cambio en el tiempo de su momento lineal.

La unidad de medida de la fuerza es Newton

Multiple Choice

¿Cuál es la magnitud de la aceleración de un cuerpo de masa 20 kg si se aplica una fuerza neta de 200 N?

• 5 m/s²

• 10 m/s²

• 2 m/s²

• 20 m/s²

Multiple Choice

¿Cuál es la magnitud de la fuerza neta sobre un cuerpo de masa 10 kg si parte del reposo y alcanza una velocidad de 20 m/s en 5s?

• 5 N

• 20 N

• 10 N

• 40 N

Unidad 2

•Ley de gravitación universal

Todos los cuerpos que se dejan en libertad cerca de la superficie terrestre caen con la aceleración de gravedad.
•Fuerza gravitacional

Fuerza fundamental de atracción gravitacional con que la tierra atrae cualquier cuerpo con masa.

G=6.672x10^-11 Nm²/kg², la constante de gravitación.

Unidad 2

•Ley de gravitación universal y fuerza peso

Esta fuerza gravitacional que la Tierra ejerce sobre un cuerpo en sus cercanías se llama peso del cuerpo, se simboliza como P (en inglés W). Es un vector dirigido hacia el centro de la Tierra.

Multiple Choice

Indique si la aseveración es verdadera o falsa:

"Es lo mismo la masa y el peso."

• Falso.

• Verdadero.

Multiple Choice

¿Cuánto es el peso de una persona en la luna si su masa es 60 kg y la aceleración de gravedad en la luna es 1,6 m/s²?

• 48 N

• 588 N

• 96 N

• 288 N

Unidad 2

•Tercera situación

La partícula choca con otra partícula de masa y velocidad diferente.

¿Qué sucede cuando estas dos partículas chocan?

¿Se puede determinar hacia donde se mueve cada una?

Unidad 2

•Tercera situación

Momento lineal de cada partícula cambia.
Existe fuerza sobre cada partícula que produce el cambio de momento lineal, esta es la fuerza de interacción entre ellas.

Unidad 2

•Tercera ley de Newton

Si dos cuerpos interactúan, la fuerza que el cuerpo 1 ejerce sobre el cuerpo 2 es igual y opuesta a la fuerza que el cuerpo 2 ejerce sobre el cuerpo 1.

Observación:

1. Estás fuerzas actúan sobre cuerpos distintos.

2. Son de igual magnitud y dirección contraria.

Multiple Choice

Sobre el bloque de la figura, actúan 3 fuerzas: la fuerza F que empuja el bloque, la normal y el peso. ¿Cuál es la fuerza que cumple con la tercera ley de Newton para la Normal?

• Una fuerza que empuja el bloque a la izquierda.

• La fuerza del bloque sobre la Tierra.

• La fuerza del bloque sobre el que empuja.

• La fuerza del bloque sobre la superficie.

Unidad 2

Unidad 2

•Diagrama de cuerpo libre (DCL)

1. Es un esquema donde se muestra el cuerpo de estudio aislado y se representa como un punto geométrico.

2. Se ubica el punto geométrico en el origen de un sistema coordenado cartesiano.

3. Se dibujan todos los vectores de fuerzas que actúan sobre él.

4. Se elige el sistema de referencia más adecuado para cada problema, y poder aplicar las leyes de Newton.

Unidad 2

•Diagrama de cuerpo libre (DCL)

Situaciones particulares

Unidad 2

Ejemplos

Determine la fuerza neta sobre un bloque de 5 kg que se desliza una distancia de 20 cm y parte de una velocidad de 4 m/s deteniéndose uniformemente.

Unidad 2

Ejemplos

Determine la aceleración del bloque de la figura de masa 2 kg que se desliza por una rampa muy lisa y forma un ángulo de 20° con la horizontal, considerando que la fuerza F=10 N.  

Unidad 2

Ejemplos

Una gran bola para demolición está sujeta por dos cables de acero ligeros (ver figura).

a) Si su masa m es de 4090 kg, calcule la magnitud de la tensión T_B en el cable que forma un ángulo de 40° con la vertical.

b) Calcule la magnitud de la tensión T_A en el cable horizontal.

Unidad 2

Ejemplos

Sobre una caja de 8 kg se aplican las fuerzas mostradas en la figura (desprecie la rugosidad de los materiales) moviéndose en la horizontal. Las magnitudes son F₁=20 N, F₂=15 N y F₃=35 N

a) Calcular la aceleración de la caja.

b) Calcular la magnitud de la fuerza normal.