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  • 1. UNIDAD II: DINAMICA DE LA PARTICULA DOCENTE: ING. EDGAR DAVID CASTRO GARCIA 26 DE SEPTIEMBRE DEL AÑO2012
  • 2. ContenidoINTRODUCCIÓN ....................................................................................................................22.2 CINETICA ..........................................................................................................................32.2.1 Segunda ley de Newton o Ley de fuerza ..........................................................52.2.2 FRICCION ......................................................................................................................7CONCLUSIÓN ..........................................................................................................................9BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 10CINETICA FISICA GENERAL 1
  • 3. INTRODUCCIÓNEn este trabajo de investigación del tema 2.2 cinética de la unidad 2 dinámica,lo que básicamente se encontrara son las definiciones de cinética, suscaracterísticas, además de algunos ejemplos que servirán de apoyo para podercomprender que, o cual es el campo de estudio y aplicación de la cinética, lainformación proporcionada en cada uno de los conceptos que se manejaran eneste material es relativamente básico para darse una idea general de lo que setrata cada uno. Además cuenta con aspectos importantes como la segunda ley deNewton, que se basa en la explicación del movimiento que adquieren loscuerpos al aplicarles una fuerza diferente de cero (nulo), como lo establecía ensu primera ley, que al igual que con el tema de cinética, en este material sepresenta textualmente lo que dice esta ley, que es conocido también como leyde la fuerza o como ley de la dinámica, como se aplica y algunos ejemplospara aprender un poco de como se realizan los cálculos para obtener ciertosparámetros. Y por último aparecerá otro concepto relacionado al tema de cinética,que es la fricción. En este último apartado, al igual que los dos anteriores, enprimera instancia tendrá una pequeña definición, para darse una idea delobjetivo del subtema y en que aspectos de la vida cotidiana aplica,acompañado de una imagen con la que se ejemplifica como se da estefenómeno. Básicamente este será el contenido de este material, que cuenta coninformación muy sencilla, pero de mucha utilidad para todo aquel que le intereseeste tipo de temáticas.CINETICA FISICA GENERAL 2
  • 4. 2.2 CINETICALa palabra cinética reconoce un origen griego. Proviene de la palabra “kinesis” quesignifica movimiento. En Física, la energía cinética es una energía de movimiento, que implicala fuerza (de gravedad, de fricción o de resistencia interna) que se necesita paraprovocar la aceleración de un cuerpo que se encuentra en estado de reposo, yponerlo en movimiento. Ese movimiento se mantendrá en la misma dirección ycon velocidad constante, salvo que sobre él gravite una fuerza externa. Para queese cuerpo retorne al estado de reposo se requiere una fuerza opuesta ocontraria, que debe ser igual a la cantidad de energía cinética que en esemomento tenga. Otras formas de energía pueden originar energía cinética, y a suvez la energía cinética puede producir otras energías. William Thomson, al que se conoce como Lord Kelvin, fue quien le dio elnombre de energía cinética, en 1849. Y la describe como sigue: Se conoce comoEnergía Cinética a aquella que poseerá cualquier cuerpo como consecuencia desu movimiento. La energía cinética es la labor imprescindible para precipitar undeterminado cuerpo de una masa desde lo que se entiende como su descansohasta la velocidad que alcanza, entonces, una vez lograda la activación cualquiercuerpo mantendrá su energía cinética siempre y cuando no modifique suvelocidad. En tanto, para que el cuerpo regrese al estado de reposo seráimprescindible un trabajo pero al revés del cuerpo, en sentido negativo de laenergía cinética. Así como sucede con otras magnitudes físicas que son funciones de lavelocidad, la energía cinética no solamente dependerá del objeto en sí, de lanaturaleza interna que este manifiesta, sino que además dependerá de la relaciónque se establezca entre el objeto y el observador, que en la física, a no creer quese trata de una persona como en otros ámbitos en los cuales se emplea estapalabra, sino que aquí está encarnado por un sistema preciso de coordenadas. Para llevar a cabo el cálculo de la energía cinética existen diversasmaneras y las mismas dependerán del tipo de mecánica que se emplee, ya seaclásica, cuántica, relativista y también en el cálculo incidirán factores como ser eltamaño, la velocidad que presente el cuerpo y las partículas a través de las cualesse encuentra conformado.CINETICA FISICA GENERAL 3
  • 5. Un ejemplo que nos ayudará a comprender mejor esta cuestión de laenergía cinética y como esta se transforma en otros tipos de energía, está loscarritos que componen una montaña rusa cuando logran el máximo de su energíacuando se hallan hacia el final del recorrido, al momento de tener que elevarse, laenergía cinética inmediatamente se transformará en energía gravitacional,permaneciendo la energía constante, aún a expensas de fricciones u otrosfactores que impliquen retraso.CINETICA FISICA GENERAL 4
  • 6. 2.2.1 Segunda ley de Newton o Ley de fuerza La segunda ley de Newton dice que: La aceleración de un objetoes directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamenteproporcional a su masa. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masano tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará elestado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. Enconcreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo sonproporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es,las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y laaceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se definesimplemente en función del momento en que se aplica a un objeto.En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:Donde: : Es el momento lineal : La fuerza total o fuerza resultante. Sabemos que es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde mes la masa del cuerpo y V su velocidad. Consideramos a la masa constante y podemos escribir aplicandoestas modificaciones a la ecuación anterior: Que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante deproporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos losiguiente, si despejamos m de la ecuación anterior obtenemos que m es larelación que existe entre y . Es decir la relación que hay entre la fuerzaaplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene una granresistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene muchainercia. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de lainercia del cuerpo.CINETICA FISICA GENERAL 5
  • 7. Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero,esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante yen dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto parala mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la definiciónde momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámicaclásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independenciade la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que lamasa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dichocuerpo. De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad defuerza o Newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo leproduce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza hande tener la misma dirección y sentido. La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve elproblema de la dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita paraproducir los diferentes tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (M.R.U), circularuniforme (M.C.U) y uniformemente acelerado (M.U.A). Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero elvector suma de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto quecayese hacia la tierra con una resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería supeso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.#1.- Calcular la aceleración que produce una fuerza de 5 N a un cuerpo cuya masa es de1000gExpresar el resultado en m/s². DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO A=? a = F / m a = 5 Kg m/s² / 2 Kg = 2.5 m/s² F=5N m = 2000g = 2Kg#2.- Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza de 200N le produce unaaceleración de 300 cm/s². Exprese el resultado en Kg. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO M=? F = 200 N a=f/m A = 300 cm/s² = 3 m/s² m=f/a m = 200N / 3 m/s² = 66.6 KgCINETICA FISICA GENERAL 6
  • 8. 2.2.2 FRICCION Definición: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a lafuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimientoentre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone alinicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a lasimperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto.Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficiesno lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulode rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerzanormal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza derozamiento F, paralela a las superficies en contacto.Tipos de fricciónExisten dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (FE) y la friccióndinámica (FD). El primero es la resistencia que se debe superar para poner enmovimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. Elsegundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone almovimiento pero una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia aun roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposorelativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.La fuerza de fricción estática, necesaria para vencer la fricción homóloga, essiempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (númeromedido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerzanormal. La fuerza cinética, en cambio, es igual al coeficiente de rozamientodinámico, denotado por la letra griega , por la normal en todo instante.Un ejemplo bastante común de fricción dinámica es la ocurrida entre losneumáticos de un auto y el pavimento en un frenado abrupto.Como comprobación de lo anterior, se realiza el siguiente ensayo, sobre unasuperficie horizontal se coloca un cuerpo, y le aplica un fuerza horizontal F, muypequeña en un principio, se puede ver que el cuerpo no se desplaza, la fuerza derozamiento iguala a la fuerza aplicada y el cuerpo permanece en reposo, en lagráfica se representa en el eje horizontal la fuerza F aplicada, y en el eje vertical lafuerza de rozamiento Fr.CINETICA FISICA GENERAL 7
  • 9. Entre los puntos O y A, ambas fuerzas son iguales y el cuerpo permaneceestático; al sobrepasar el punto A el cuerpo súbitamente se comienza a desplazar,la fuerza ejercida en A es la máxima que el cuerpo puede soportar sin deslizarse,se denomina Fe o fuerza estática de fricción; la fuerza necesaria para mantener elcuerpo en movimiento una vez iniciado el desplazamiento es Fd o fuerzadinámica, es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerzadinámica permanece constante.Si la fuerza de rozamiento Fr es proporcional a la normal N, y a la constante deproporcionalidad se la llama :Y permaneciendo la fuerza normal constante, se puede calcular dos coeficientesde rozamiento: el estático y el dinámico como: Donde el coeficiente de rozamiento estático e corresponde al de la mayorfuerza que el cuerpo puede soportar inmediatamente antes de iniciar elmovimiento y el coeficiente de rozamiento dinámico d corresponde a la fuerzanecesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado.Podemos observar el siguiente ejemplo: Observa que el hombre aplica una fuerza sobre el objeto (las cajas) a lacual llamamos fuerza de empuje, también podemos llamarle fuerzaaplicada. Podemos asumir que el objeto se desliza a la derecha, sin que hayarotación. La dirección de la fuerza, también es a la derecha, mientras que lafricción se dirige a la izquierda. En otras palabras la fuerza de fricciónactúa paralela a la superficie y en contra del movimiento.CINETICA FISICA GENERAL 8
  • 10. CONCLUSIÓN En general este trabajo de investigación fue de mucha importancia paraconocer algunos conceptos que van relacionados con el tema de la cinéticaque antes no conocía o tenia información acerca de ellos muy vaga. Ademásde que me fue útil para que yo aprendiera o simplemente reforzara lo que yaconocía de estos conceptos, estoy seguro que serán de utilidad para otraspersonas, a las que les interese este tipo de temáticas. Las definiciones que se manejaron en la elaboración de este materialfueron muy sencillas, sin tantos rodeos o información basura que sólo puedenconfundir al lector en lugar de aclararle dudas. De la misma manera, losejemplos fueron elegidos con ciertos criterios, como que sean claros o que seden en la vida cotidiana y el lector los pueda ubicar con facilidad y analizar sien verdad la información que esta leyendo es verídica. Como mi punto de vista final, con respecto a los temas que se trataronaquí, pienso que es útil para poder entender algunos fenómenos que se dan ennuestro entorno día a día y que simplemente desconocíamos si tenían algúnnombre o existía la posibilidad de medirlos o como es que afectan a otroscuerpos con los que se encuentran interactuando. Además quienes fueron las personas que se dedicaron a estudiar estosfenómenos y como le dieron un sentido lógico, para poderlo explicar y quecualquier persona lo pueda entender, además de como beneficiaria a lasociedad el conocer y saber calcular este tipo de fenómenos.CINETICA FISICA GENERAL 9
  • 11. BIBLIOGRAFIAPAGINAS WEB CONSULTADASCinética:http://www.definicionabc.com/general/energia-cinetica.phphttp://www.ehowenespanol.com/ejemplos-energia-cinetica-potencial-fisica-secundaria-lista_50782/http://autorneto.com/referencia/ciencia/energia-potencial-y-energia-cintica-problemas/Segunda ley de Newton:http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.htmlhttp://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/leyesnewton3.htmwww.jfinternational.com/mf/segunda-ley-newton.htmlwww.profesorenlinea.cl/fisica/Leyes_de_Newton.htmlFricción:sites.google.com/site/timesolar/fuerza/friccionhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3nwww.aulafacil.com/curso-fisica.../curso/Lecc-26.htmwww.wikisaber.es/Contenidos/LObjects/.../index.htmlCINETICA FISICA GENERAL 10