martes, 7 de mayo de 2013

Tercera ley de newton


Tercera ley de Newton

La tercera ley de Newton establece lo siguiente:

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero.  Con frecuencia se enuncia como "A cada acción siempre se opone una reacción igual".  En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos.

Otra forma de verlo es la siguiente:
Si dos objetos interactúan, la fuerza F12, ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza F21 ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1:

Segunda ley de newton


Segunda Ley de Newton

La Segunda Ley de Newton establece lo siguiente:

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.
De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el siguiente enunciado:


Una buena explicación para misma es que establece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la primera.  También podemos decir que la segunda ley de Newton responde la pregunta de lo que le sucede a un objeto que tiene una fuerza resultante diferente de cero actuando sobre el.

El siguiente vídeo explica las tres leyes de Newton.

Primera Ley de Newton


Primera Ley de movimiento de Newton


Lo que establece la Primera ley de movimiento de Newton es lo siguiente:

En ausencia de fuerzas externas un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento continuará en movimiento a velocidad constante (esto es, con rapidez constante en línea recta).

Otra forma de establecer la misma premisa puede ser:

Todo objeto continuará en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a menos que sea obligado a cambiar ese estado debido a fuerzas que actúan sobre él.
Una explicación para esta ley es que establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante.

El siguiente vídeo discute las tres leyes de movimiento de Newton.

Equilibrio


Equilibrio



EQUILIBRIO.

EQUILIBRIO TRASLACIONAL

Un cuerpo se encuentra en equilibrio traslacional cuando la sumatoria de todas las componentes en X es igual a 0 y todas las componentes en Y es igual a 0.

Cuando un cuerpo esta en equilibrio traslacional no tiene fuerza resultante actuando sobre el.


EQUILIBRIO ROTACIONAL.



Es aquel equilibrio que ocurre cuando un cuerpo sufre un movimiento de rotación o giro, al igual que el equilibrio transaccional debe también equilibrarse; surge en el momento en que todas las torcas que actúan sobre el cuerpo sean nulas, o sea, la sumatoria de las mismas sea igual a cero.
EMx= 0
EMy= 0

Fricion


Fricción

Física - Fuerzas
Objetivos:
Luego de estudiada esta lección podrás: 


 http://www.slimfilms.com/graphics/8friction.jpeg
Definición:
La fricción es una fuerza de contacto que actúa para oponerse al movimiento deslizante entre superficies.  Actúa paralela a la superficie y opuesta al sentido del deslizamiento.  Se denomina como Ff .  La fuerza de fricción también se le conoce como fuerza de rozamiento.

Contenido:
La fricción ocurre cuando dos objetos se deslizan entre sí o tienden a deslizarse.    Cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie o a través de un medio viscoso, como el aire o el agua, hay una resistencia al movimiento debido a que el cuerpo interactúa con sus alrededores.  Dicha resistencia recibe también el nombre de fricción.  Podemos observar el siguiente ejemplo:

Observa que el hombre realiza una fuerza sobre el objeto a la cual llamamos fuerza de empuje, también podemos llamarle fuerza aplicada.  Podemos asumir que el objeto se desliza a la derecha, sin que haya rotación.  La dirección de la fuerza, también es a la derecha, mientras que la fricción se dirige a la izquierda.  En otras palabras la fuerza de fricción actúa  paralela a la superficie y en contra del movimiento.
La forma general de escribir la ecuación para la fuerza de fricción es de la siguiente manera:
F_\mathrm{f} \leq \mu F_\mathrm{n}
donde Ff  es la fuerza de fricción mientras que μ es el coeficiente de fricción

Fricción estática
FfsFN

Fricción cinética
FfkFN

Coeficientes de fricción:

Coeficientes de rozamiento de algunas sustancias
Materiales en contactoFricción estáticaFricción cinética
Hielo // Hielo0.10.03
Vidrio // Vidrio0.90.4
Vidrio // Madera0.250.2
Madera // Cuero0.40.3
Madera // Piedra0.70.3
Madera // Madera0.40.3
Acero // Acero0.740.57
Acero // Hielo0.030.02
Acero // Latón0.50.4
Acero // Teflón0.040.04
Teflón // Teflón0.040.04
Caucho // Cemento (seco)1.00.8
Caucho // Cemento (húmedo)0.30.25
Cobre // Hierro (fundido)1.10.3
Esquí (encerado) // Nieve (0ºC)0.10.05
Articulaciones humanas0.010.003

Energía Potencial


Energía Potencial

La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o configuración de un objeto. Podemos pensar en la energía potencial como la energía almacenada en el objeto debido a su posición y que se puede transformar en energía cinética o trabajo. El concepto energía potencial, U, se asocia con las llamadas fuerzas conservadoras. Cuando una fuerza conservadora, como la fuerza de gravedad, actúa en un sistema u objeto; la energía cinética ganada (o perdida) por el sistema es compensada por una perdida (o ganancia) de una cantidad igual de energía potencial. Esto ocurre según los elementos del sistema u objeto cambia de posición.

Una fuerza es conservadora si el trabajo realizado por ésta en un objeto es independiente de la ruta que sigue el objeto en su desplazamiento entre dos puntos. Otras fuerzas conservadoras son: la fuerza electrostática y la fuerza de restauración de un resorte.

Considera una pelota cayendo. La fuerza de gravedad realiza trabajo en la pelota. Como la dirección de la fuerza de gravedad es dirección del desplazamiento de la pelota, el trabajo realizado por la gravedad es positivo. El que el trabajo sea positivo significa que la energía cinética aumentará según la pelota cae. Es decir, la velocidad de la pelota aumentará.

Según la energía cinética aumenta, la ganancia debe ser compensada por una perdida de una cantidad igual en energía potencial. Es decir, según la pelota cae, la energía cinética aumenta mientras que la energía potencial disminuye.

Se define la energía potencial como:

U = mgh

Donde m es la masa del objeto, g es la aceleración de gravedad y h es la altura del objeto. Así que según la pelota cae, su energía potencial disminuye por virtud de la reducción en la altura.

Podemos definir la energía total de la pelotaa como la suma de la energía cinética y la potencial.
ET = K + U

Como la energía permanece constante, entonces la energía total inicial es igual a la energía total final.
ETi = ETf

Por lo que entonces la suma de la energía cinética inicial y la potencial inicial debe ser igual a la suma de la energía cinética final y la energía potencial final.
Ki + Ui = Kf + Uf

o sea
½ mvi² + mghi = ½ mvf² + mghf

Considera un ciclista que intenta subir una cuesta sólo con el impulso. Según el ciclista sube la cuesta, su velocidad irá disminuyendo, por lo que la energía cinética disminuirá. La razón es que el trabajo realizado por la fuerza de gravedad en este caso es negativo debido a que el desplazamiento es hacia la parte alta del plano, mientras que el componente de la fuerza de gravedad que actúa en el ciclista es hacia la parte baja del plano. Esta pérdida en energía cinética se compensa con un aumento en la energía potencial. La altura aumentará hasta alcanzar aquella altura que le da una energía potencial igual a la energía cinética del ciclista justo antes de comenzar a subir la cuesta. Mientras más rápido vaya el ciclista al momento de comenzar a subir la cuesta, más alto subirá.

TRABAJO Y POTENCIA




 

 
Los cambios en el movimiento de los objetos están relacionados con la fuerzas y con el tiempo durante el cual se ejercen. Pero también se pueden considerar fuerza con la distancia y es cuando se habla de una cantidad denominada Trabajo. Este término tiene un significado en Física muy diferente a su significado cotidiano. Posteriormente se plantea la relación energía-trabajo. También se define el concepto de potencia que relaciona el trabajo y el tiempo. Finalmente se concluye con los aspectos más importantes de laenergía mecánica en particular porque representa la suma de la energía cinética y la energía potencial de un sistema y que se mantiene constante en todos los puntos de una trayectoria.
 
Trabajo 
 
En el campo de la Física no se habla de trabajo simplemente, sino de Trabajo Mecánico y se dice que una fuerza realiza trabajo cuando desplaza su punto de aplicación en su misma dirección. El Trabajo Mecánico se puede designar con la letra T o W.
Cuando se levanta un objeto pesado contra la fuerza de gravedad se hace trabajo. Cuanto más pesado sea el objeto, o cuanto más alto se levante, mayor será el trabajo realizado. En todos los casos en los que se realiza un trabajo intervienen dos factores: (1) la aplicación de una fuerza y (2) el movimiento de un objeto, debido a la acción de dicha fuerza.
Considere el caso más simple en que la fuerza es constante y el movimiento es en línea recta y en la dirección de la fuerza. Entonces el trabajo que realiza la fuerza aplicada sobre un objeto se define como el producto de la fuerza por distancia que recorre el objeto. El trabajo es el producto de la componente de la fuerza que se ejerce en la dirección del movimiento por la distancia recorrida. En forma abreviada
Trabajo = Fuerza X distancia
T = F.d

Si levantas dos cargas a una altura de un piso, haces el doble de trabajo que si levantas una carga porque requiere el doble de fuerza para levantar el doble de peso. Análogamente, si levantas una carga a una altura de dos pisos en lugar de uno, realizas el doble trabajo porque la distancia es doble.Observa que en la definición de trabajo intervienen una fuerza y una distancia. Un levantador de pesas que sostiene sobre su cabeza unas pesas de 1000 New no realiza trabajo sobre la barra. Quizá se fatigue al hacerlo, pero si la barra no se mueve por la acción de la fuerza que él ejerce, el levantador de pesas no realiza trabajo alguno.

Tal vez realice trabajo sobre los músculos por estiramiento y contracción, que tienen el efecto de una fuerza por una distancia en la escala biológica, pero este trabajo no se está realizando sobre la barra. Cuando el levantador de pesas las levanta del suelo, está realizando trabajo sobre la barra.

 
En general, el trabajo se puede dividir en dos categorías. Una de ellas es cuando se hace trabajo contra otra fuerza. Cuando un arquero extiende la cuerda del arco está haciendo trabajo contra las fuerzas elásticas del arco., se hace trabajo contra la fuerza de gravedad. Cuando haces abdominales estás haciendo trabajo contra tu propio peso. Se hace trabajo sobre un objeto cuando lo fuerzas a moverse en contra de la acción de una fuerza opuesta... con frecuencia la fricción.
El otro tipo de trabajo es el que se realiza para hacer cambiar la rapidez de un objeto. Es la clase de trabajo que se requiere para aumentar o disminuir la velocidad de un auto.
La energía puede transferirse o cambiar de forma si se ejerce una fuerza sobre un objeto mientras se mueve a cierta distancia. Esta forma de transferencia de energía se denomina “hacer trabajo”. Considere un cuerpo que es arrastrado sobre una superficie horizontal, sometido a la acción de una fuerza . Suponga que la fuerza  es constante y que el cuerpo se desplaza una distancia d.

Siendo q el ángulo entre  y la dirección del desplazamiento del cuerpo, el trabajo T realizado por la fuerza , se define de la siguiente manera: El trabajo que desarrolla una fuerza constante , que forma un ángulo q con el desplazamiento , está dado por: T =F.d.cos qDonde F y d son los módulos de la fuerza y el desplazamiento respectivamente.
El trabajo realizado por una fuerza constante  que forma con el desplazamiento  un ángulo q, es una magnitud escalar que se mide por el producto de los módulos de desplazamiento y la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento.

 
Si se aplica una fuerza a un cuerpo y éste no sufre desplazamiento alguno (d=0), el trabajo de dicha fuerza es nulo. De modo que si una persona sostiene un objeto muy pesado sin desplazarlo no está realizando trabajo desde el punto de vista de la física. El ejemplo anterior muestra que el concepto físico del trabajo no concuerda con el concepto ordinario de la palabra; es decir, que aunque la persona “sude la gota gorda” sosteniendo el cuerpo, si no cambia de posición, físicamente su trabajo realizado es nulo. Sin embargo, desde el punto de vista del lenguaje común, dicha persona si estaría trabajando.
El Trabajo Mecánico, como producto de dos magnitudes
 y ) que tienen módulo, dirección y sentido, ofrece varias modalidades que se deben analizar de acuerdo a la ecuación T=F.d.cosq :
1) Cuando q = 0º, se tiene que cos 0º= 1. En este caso  tienen la misma dirección y sentido y el trabajo mecánico es máximo: T =F.d
2) Cuando q = 90º, se tiene que cos 90º = 0. En este caso la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares entre sí y el trabajo realizado es nulo: T = 0
3) Cuando 0º  q < 90º, el trabajo es positivo, por ser cos q  positivo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección y sentido del desplazamiento.
4) Cuando 90º < q   180º el trabajo es negativo por ser cos q negativo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, pero de sentido opuesto.

Trabajo resistente
De acuerdo con lo anterior también se puede expresar el Trabajo así:
Trabajo Motor: T = F.dTrabajo Resistente: T = - F.dTrabajo Útil: Como el trabajo resultante de las suma algebraicas de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y que realizan trabajo mecánico. 
T
 = T1 + T3 + ... Tn
Posibilidades para que sobre un cuerpo se realice un trabajo nuloSi un cuerpo se ha desplazado, no necesariamente se ha efectuado trabajo sobre él; es el caso que contempla la primera ley de Newton, que un cuerpo que se mueve a velocidad constante en movimiento rectilíneo, a pesar de que el cuerpo se está desplazando, la fuerza neta aplicada sobre él es nula. Luego, el trabajo realizado sobre el cuerpo es nulo. El trabajo Tefectuado sobre un cuerpo es cero, siendo distinta de cero y el desplazamiento neto del cuerpo igual a cero.

Cuando la fuerza  y el desplazamiento  son perpendiculares, es decir, forman ángulo de 90º; en dicha situación el trabajo es nulo por ser cos 90º = 0; luego, toda fuerza perpendicular al desplazamiento no efectúa trabajo sobre el cuerpo.

Joule
La unidad de medida de trabajo en el sistema internacional o MKS es:
1 Newton X 1 metro = 1New.m.
Esta unidad se denomina Joule en honor al físico inglés del siglo XIX James P, Joule quien realizó diversos trabajos en el campo de estudio de la energía. Luego:
1 New.m = 1 Joule = 1
Otra unidad para medir trabajo es el ergio (erg), que es igual a:
1ergio = 1dina.cm
 
1J= 107 ergios.

Al igual que un kilográmetro (Kgm) es el trabajo realizado por la fuerza de un Kilopondio (Kp) cuando su punto de aplicación se desplaza un metro (m) en su misma dirección. 1Kgm = 9,8 Joules.
Un joule es el trabajo realizado por la fuerza de un Newton cuando su punto de aplicación se desplaza un metro en su misma dirección

 

Trabajo y energía

Una de las característica de la energía es que puede ser transferida; es decir puede pasar de un cuerpo a otro. El agua que hace girar las turbinas de un generador pierde energía y es retardada en su movimiento. La rueda se pone en marcha y consecuentemente gana energía. El trabajo realizado sobre la rueda da una medida de la cantidad de energía transferida de un sistema a otro. Se puede aceptar que un cuerpo posee energía cuando es capaz de realizar un trabajo sobre otro.

 

Por ejemplo, una persona es capaz de realizar el trabajo de levantar un cuerpo debido a la energía que le proporcionan los alimentos que ingiere. Del mismo modo, el vapor de agua de una caldera posee energía puesto que es capaz de efectuar el trabajo de mover las turbinas de una planta generadora de electricidad.