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BIOFISICA
Escuela de Medicina Humana
Ciclo I
Profesores: Daniel Fernandez Palma
Gaston Tavara Aponte
http://es.scribd.com/...
Material de Estudio
Diapositivas de Clase
cientifica
Teoria&Laboratorio: Calculadora
Laboratorio: “Biofisica experimental”...
BIOMECANICA
Naturaleza y Temática de la Biofísica
La Biofísica, trata de los principios fisicos en
todos los procesos de los sistemas ...
La Biofísica es una ciencia interdisciplar,
Biología
Física
Matemática
Química-física
Bioquímica
Biofísica
5Profesor Danie...
La biofísica se relaciona con todos los
niveles de la organización biológica
Procesos
moleculares
Fenómenos
ecológicos
6Pr...
La biofísica se relaciona con todos los
niveles de la organización biológica
Procesos
moleculares
Fenómenos
ecológicos
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Cinemática
8Profesor Daniel Fernández Palma
Cinemática
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Movimientos mas importantes
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Movimiento Rectilíneo uniforme
Velocidad : v = = constante
x
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Tiempo empleado: t = x/v
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Mov. Rectilíneo uniformemente variado
Velocidad : v = vo + at
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Mov. Caída Libre
Velocidad : v = gt
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2. Vuelo
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Fuerza
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- Deformación
- Equilibrio
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Suma de Fuerzas
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Suma de Fuerzas por componentes
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Suma de Fuerzas por componentes
F= ( F1 + F2cos, F2sen) ( 7 , 3 )
F= (F1 + F2cos)2 + (F2sen)2 = 72 + 32 = 58
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Leyes de Newton
1. Inercia: “Todo cuerpo mantiene su estado de
reposo o de MRU a menos que una fuerza exterior
modifique d...
2. Ley fundamental de la Dinámica. “Si una fuerza
neta o resultante F actúa sobre un cuerpo de masa m, le
comunica una ace...
2. Ley fundamental de la Dinámica. “Si una fuerza
neta o resultante F actúa sobre un cuerpo de masa m, le
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una fuerza F sobre otro objeto B, dicho objeto B
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acción y reacción.
acción reacción
28Profesor Daniel Fernández Palma
Reacción
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(fuerza ejercida por los pies )
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Rozamiento por deslizamiento
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Rozamiento por deslizamiento
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Rozamiento por deslizamiento
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Rozamiento por deslizamiento
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
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Resistencia al avance en los fluidos
36Profesor Daniel Fernández Palma
Resistencia al avance en los fluidos
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Rd = cv2 , altas velocidades
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Fy
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Agua removida
Fuerza en la natación de un pez
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Efectos fisiológicos de la fuerza g
La fuerza g es una fuerza de reacción debido a
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Las fuerzas g son peligrosas por que aumentan el
peso efectivo de la sangre y los órganos del cuerpo
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Tiempo de detención: t = 0,001 s
Masa de la persona: m = 70 kg
Fuerza g : Fg = ma = m = 70
Velocidad del móvil 90 km/h = ...
Las fuerzas g son
peligrosas por que
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que es directamente proporcional al producto de
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M
El peso de un cuerpo no es sino la fuerza de
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según la latitud y la altura
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46Profesor Daniel Fernández Palma
A. Equilibrio de una Partícula
 Fx = 0;  Fy = 0;  Fz = 0
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W
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T1
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B. Equilibrio del cuerpo rigido
El sólido se encuentra en
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Equilibrio en el brazo humano
Si W = 53 N, y P = 13 N Que valor tiene B ?
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Los Huesos como palancas
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Conservación de la Energía Mecánica
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½ mv2 + mgy = constante
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Conservación de la Energía Mecánica
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La fuerza muscular y la acción de saltar
Algunos animales están mejor dotados para el salto:
canguro, pulga, etc
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La fuerza muscular y la acción de saltar
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Potencia por
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la estructura esquelética
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figura, encuéntrese la velocidad obtenida vo en los
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Biomecánica prof. fernández- UPAO

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Biomecánica prof. fernández- UPAO

  1. 1. BIOFISICA Escuela de Medicina Humana Ciclo I Profesores: Daniel Fernandez Palma Gaston Tavara Aponte http://es.scribd.com/doc/37170719/07-07-Nanomecanica- de-proteinas http://fisica.laguia2000.com/complementos- matematicos/el-numero-de-reynolds
  2. 2. Material de Estudio Diapositivas de Clase cientifica Teoria&Laboratorio: Calculadora Laboratorio: “Biofisica experimental” Teoría: “Apuntes de Biofísica” 2Profesor Daniel Fernández Palma
  3. 3. BIOMECANICA
  4. 4. Naturaleza y Temática de la Biofísica La Biofísica, trata de los principios fisicos en todos los procesos de los sistemas vivos. La estructura molecular de dichos sistemas hace que, sea posible aplicar métodos de la fisica al estudio de las propiedades y la dinamica de las biomoléculas, demostrando que estas, cumplen estrictamente las leyes físicas 4Profesor Daniel Fernández Palma
  5. 5. La Biofísica es una ciencia interdisciplar, Biología Física Matemática Química-física Bioquímica Biofísica 5Profesor Daniel Fernández Palma
  6. 6. La biofísica se relaciona con todos los niveles de la organización biológica Procesos moleculares Fenómenos ecológicos 6Profesor Daniel Fernández Palma
  7. 7. La biofísica se relaciona con todos los niveles de la organización biológica Procesos moleculares Fenómenos ecológicos aminoácidos proteínas células órganos individuos especies género reino biósfera ecosistema 7Profesor Daniel Fernández Palma
  8. 8. Cinemática 8Profesor Daniel Fernández Palma
  9. 9. Cinemática 0 X Desplazamiento x = x - xo v xo to= 0 1 2 3 4 567 8 9 10 11 12 x t 9Profesor Daniel Fernández Palma
  10. 10. Velocidad : v = [v] = m/s x t Aceleración : a = [a] = m/s2 v t Movimientos mas importantes -MRU, v = constante -MRUV, a = constante -MCU, v = constante en valor pero no en dirección 10Profesor Daniel Fernández Palma
  11. 11. Movimiento Rectilíneo uniforme Velocidad : v = = constante x t Distancia recorrida: x = v.t Tiempo empleado: t = x/v Ejemplos: - el movimiento de un rayo de luz - el movimiento de una burbuja en un tubo rectilíneo inclinado 11Profesor Daniel Fernández Palma
  12. 12. Mov. Rectilíneo uniformemente variado Velocidad : v = vo + at Distancia recorrida: d = vm.t Ejemplo: - el movimiento de caída libre v - vo t Aceleración : a = = constante Velocidad media : vm = v + vo 2 d = vot + ½ at2 d = v2 – vo 2 2a 12Profesor Daniel Fernández Palma
  13. 13. Mov. Caída Libre Velocidad : v = gt Aceleración : a = g = 9,8 m/s2 Distancia (altura) h = ½ gt2 h = v2 2g v h 13Profesor Daniel Fernández Palma
  14. 14. Mov. Circular F v 14Profesor Daniel Fernández Palma
  15. 15. Mov. Circular R v1  v2 s A B Vel. tangencial (lineal): v = s t Desplazamiento angular : Vel. angular :  =  t 15Profesor Daniel Fernández Palma Acel. Tangencial: at = dv/dt Acel. Centripeta: ac = v2/R Acel. Angular:  =  t
  16. 16. MCU:  = constante ,  = 0  v2 v1sR s = R (  = 2πR )  = =  t 2π T v = R MCUV:  = = constante  t Aceleración centrípeta ac = = 2R V2 R v = = S t 2πR T 16Profesor Daniel Fernández Palma
  17. 17. y c.g. Salto vertical c.g.c.g. 17Profesor Daniel Fernández Palma
  18. 18. h vd d y c.g. c.g. Salto vertical c.g. 18Profesor Daniel Fernández Palma
  19. 19. h vd d c.g. Salto vertical c.g. 1. propulsión vo = 0; a = ad (↑) v = vd vd 2 = 2add 2. Vuelo vo = vd a = g (↓) v = 0 (en máxima altura) vd 2 = 2gh ad = g h d 19Profesor Daniel Fernández Palma
  20. 20. Fuerza Es causa de: - Movimiento - Deformación - Equilibrio Es una magnitud vectorial 0 V F  20Profesor Daniel Fernández Palma
  21. 21. Suma de Fuerzas 0 F2  F1 F α F = F1 2 + F2 2 + 2F1F2cos α = arcsen(F2sen/F) F2sen  F2 21Profesor Daniel Fernández Palma
  22. 22. Suma de Fuerzas por componentes F1 = ( F1 , 0 ) ( 5 , 0 ) F2 = ( F2cos, F2sen) ( 2 , 3 ) F= ( F1 + F2cos, F2sen) ( 7 , 3 ) 0 F2  F1 F α 22Profesor Daniel Fernández Palma
  23. 23. Suma de Fuerzas por componentes F= ( F1 + F2cos, F2sen) ( 7 , 3 ) F= (F1 + F2cos)2 + (F2sen)2 = 72 + 32 = 58 F = 7,62 u α = arc tan F2sen F1+F2cos = arc tan 3 7 α = 23,2 23Profesor Daniel Fernández Palma
  24. 24. Leyes de Newton 1. Inercia: “Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de MRU a menos que una fuerza exterior modifique dicho estado” REPOSO ≡ MRU F = 0 ; a = 0 24Profesor Daniel Fernández Palma
  25. 25. 2. Ley fundamental de la Dinámica. “Si una fuerza neta o resultante F actúa sobre un cuerpo de masa m, le comunica una aceleración a en la misma dirección que la fuerza y su valor es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo” m aF a = F m F = ma 25Profesor Daniel Fernández Palma
  26. 26. 2. Ley fundamental de la Dinámica. “Si una fuerza neta o resultante F actúa sobre un cuerpo de masa m, le comunica una aceleración a en la misma dirección que la fuerza y su valor es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo” m aF a = F m F = ma 26Profesor Daniel Fernández Palma
  27. 27. 3. Ley de acción y reacción. “Si un objeto A ejerce una fuerza F sobre otro objeto B, dicho objeto B ejerce sobre A una fuerza de igual módulo y signo opuesto que F” La Tierra atrae a la Luna acciónreacción La Luna atrae a la Tierra A B Tierra Luna 27Profesor Daniel Fernández Palma
  28. 28. acción y reacción. acción reacción 28Profesor Daniel Fernández Palma
  29. 29. Reacción (rozamiento)acción (fuerza ejercida por los pies ) 29Profesor Daniel Fernández Palma
  30. 30. 30Profesor Daniel Fernández Palma
  31. 31. v Fa f N Rozamiento por deslizamiento Roz. estático fs = μsN ; μs = coefic. de roz. estático Roz. cinético fk = μkN ; μk = coefic. de roz. cinético μs > μk 31Profesor Daniel Fernández Palma
  32. 32. Rozamiento por deslizamiento 32Profesor Daniel Fernández Palma
  33. 33. Rozamiento por deslizamiento 33Profesor Daniel Fernández Palma
  34. 34. Rozamiento por deslizamiento 34Profesor Daniel Fernández Palma
  35. 35. Rozamiento por deslizamiento k = tan   35Profesor Daniel Fernández Palma
  36. 36. Resistencia al avance en los fluidos 36Profesor Daniel Fernández Palma
  37. 37. Resistencia al avance en los fluidos Rd = kv , bajas velocidades Rd = cv2 , altas velocidades k y c constantes de proporcionalidad 37Profesor Daniel Fernández Palma
  38. 38. Fy F(reacción) Fx normal a la aleta  F(acción) Agua removida Fuerza en la natación de un pez Fuerza neta en la dirección del avance Fy – Fd = ma Fy = componente de F = Fcos Fd = fuerza de resistencia 38Profesor Daniel Fernández Palma
  39. 39. Efectos fisiológicos de la fuerza g La fuerza g es una fuerza de reacción debido a aceleraciones o desaceleraciones súbitas La fuerza g se dice que es 1g si es igual al peso; 3g si es igual al triple del peso, etc. Esta fuerza no necesariamente está dirigida hacia abajo, ni se debe a la gravedad es mas bien una fuerza inercial; por ejemplo, en los aviones de hélice al salir de una picada implicaba aceleraciones que iban desde 8 g hasta 14 g durante 3 segundos 39Profesor Daniel Fernández Palma
  40. 40. Las fuerzas g son peligrosas por que aumentan el peso efectivo de la sangre y los órganos del cuerpo hasta W' = kW, (k = a/g). Los órganos que sufren fuerzas g pueden dejar de funcionar 40Profesor Daniel Fernández Palma
  41. 41. Tiempo de detención: t = 0,001 s Masa de la persona: m = 70 kg Fuerza g : Fg = ma = m = 70 Velocidad del móvil 90 km/h = 25 m/s v t 25 0,001 Fg = 1,75 Mn = 175 Toneladas 41Profesor Daniel Fernández Palma
  42. 42. Las fuerzas g son peligrosas por que aumentan el peso efectivo de la sangre y los órganos del cuerpo hasta W' = kW, (k = a/g). Los órganos que sufren fuerzas g pueden dejar de funcionar 42Profesor Daniel Fernández Palma
  43. 43. “Dos cuerpos del universo 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” Ley de Gravitación Universal r F F' m1 m2 F = G m1m2 r2 G = 6,6710-11Nm2/kg2 43Profesor Daniel Fernández Palma
  44. 44. M El peso de un cuerpo no es sino la fuerza de atracción gravitatoria entre el cuerpo y el planeta Tierra Gravedad terrestre F= mg = G M.m R2 R g = GM R2 mg m mg Peso 44Profesor Daniel Fernández Palma
  45. 45. Variacion de la aceleracion de la gravedad según la latitud y la altura g = = GM R2 Ecuador: 9,79 m/s2 Los polos: 9,83 m/s2 g = = disminuye con la altura GM (R+h)2 Para h = 0,41 R, g = ½ (9,8) = 4,9 m/s2 45Profesor Daniel Fernández Palma
  46. 46. 46Profesor Daniel Fernández Palma
  47. 47. A. Equilibrio de una Partícula  Fx = 0;  Fy = 0;  Fz = 0 T1 T2 W 2  1 P Una partícula se encuentra en equilibrio cuando la suma de las fuerzas que actúan sobre ella es igual a cero ESTATICA 47Profesor Daniel Fernández Palma
  48. 48. T1 T2 2  1 Sumando vectores por el método gráfico T1 T2 W T1 + T2 + W = 0 Aplicando el método de Lamy W T1 T2 W sen1 sen 2 sen = = 48Profesor Daniel Fernández Palma
  49. 49. B. Equilibrio del cuerpo rigido El sólido se encuentra en equilibrio cuando: 1) la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero E – P – W = 0 W 2) la suma vectorial de los torques (alrededor de cualquier eje) que actúan sobre él es igual cero Pa + E0 – Wb = 0 W P E a b 49Profesor Daniel Fernández Palma
  50. 50. P W 5 cm H B 23 cm Equilibrio en el brazo humano Si W = 53 N, y P = 13 N Que valor tiene B ? Suma de torques: B5 – P(38-23) – W38 = 0 B = 442 N 38 cm 50Profesor Daniel Fernández Palma
  51. 51. cg W Centro de gravedad: punto de aplicación de la fuerza peso Centro de Masa y Centro de Gravedad z y x 51Profesor Daniel Fernández Palma
  52. 52. C1 C2 cg c.g del muslo C1(x1,y1) c.g. de la pierna C2(x2,y2) c.g de la pierna completa C(x , y) x = m1x1 + m2x2 m1 + m2 y = m1y1 + m2y2 m1 + m2 m1 m2 x y Centro de Masa y Centro de Gravedad 52Profesor Daniel Fernández Palma
  53. 53. cg  cg Apoyo o sujeción Base de sustentaciónESTABLE: centro de gravedad por debajo del punto de suspensión INESTABLE: centro de gravedad por encima de la superficie de apoyo Equilibrio, Estabilidad y postura animal 53Profesor Daniel Fernández Palma
  54. 54. Al separar los pies hace a la persona mas estable en una dirección pero inestable en la dirección perpendicular a ésta. Por tanto una persona de pie se encuentra en equilibrio inestable; pero, estamos equipados entonces con receptores musculares sensibles a nuestra postura que trabajan constantemente para mantenernos en pie. Equilibrio, Estabilidad y postura animal 54Profesor Daniel Fernández Palma
  55. 55. Los músculos a su vez están controlados por nervios conectados a los tres canales semicirculares del oído interno, los que activan acciones compensatorias cuando la cabeza se inclina o gira. Esto es, la estabilidad en los humanos se debe al sistema neuromuscular La estabilidad en los peces se logra gracias a canales llenos de líquido a lo largo del cuerpo y la cabeza, llamados órganos de la línea lateral 55Profesor Daniel Fernández Palma
  56. 56. b i c e p s t r i c e p s A Los Huesos como palancas Triceps Bíceps 56Profesor Daniel Fernández Palma
  57. 57.  F S Trabajo y Potencia Mecánica W = F . S [ W ] = J W = FS cos P = [ P ] = Watt P = F . v W t 57Profesor Daniel Fernández Palma
  58. 58. d 10° 140° F F Trabajo del Bíceps Trabajo de rotación W = . ;  = Fd d = 3,8 cm, F = 400 N,  = 130° = 2,27 rad W = 34,5 J 58Profesor Daniel Fernández Palma
  59. 59. Conservación de la Energía Mecánica A B C ½ mv2 + mgy = constante La misma energía total en A, B y C : EA = EB = EC Energía cinética + energía potencial = constante 59Profesor Daniel Fernández Palma
  60. 60. Conservación de la Energía Mecánica “En ausencia de fuerzas disipativas la energía mecánica de un sistema se mantiene constante” 60Profesor Daniel Fernández Palma
  61. 61. La fuerza muscular y la acción de saltar Algunos animales están mejor dotados para el salto: canguro, pulga, etc Altura del salto Energía y potencia musculares Estructura especializada Requerimientos de energía del tejido muscular 61Profesor Daniel Fernández Palma
  62. 62. La fuerza muscular y la acción de saltar Salto Músculos activados 10% de la masa total del cuerpo Comparación de músculos en diversas especies Potencia desarrollada Músculo activado = 62Profesor Daniel Fernández Palma
  63. 63. EJEMPLO: El salto vertical h vd d W = 800 N: d = 0,25 m h = 0, 40 m vd = 2,8 m|s Hallar: a) F = Fza. Muscular b) P = potencia Musc. Fd = mg(d+h)  F =2080 N P = F(vd/2) = 2912 watt Masa muscular activada ma = 0,1(800/9.8) = 8,16 kg 63Profesor Daniel Fernández Palma
  64. 64. Potencia por unidad de masa de músculo activado P 2912 W ma 8,16 kg La potencia en esfuerzo continuo en bicicleta por unidad de masa de músculo activado es 40 W/kg El salto en la pulga se debe a la resilina = = = 356 W/kg 64Profesor Daniel Fernández Palma
  65. 65. Potencia. Máquinas simples y su relación con la estructura esquelética d2 L1 L2 F2 F1 d1 Por conservación de energía: F1d1 = F2d2 Por semejanza de triángulos d1 / d2 = L1/L2 Ventaja Mecánica Ideal (VMI) = = d1 L1 d2 L2 65Profesor Daniel Fernández Palma
  66. 66. Potencia. Máquinas simples y su relación con la estructura esquelética d2 d1 Por conservación de energía: F1d1 = F2d2 Por semejanza de triángulos d1 / d2 = L1/ L2 Ventaja Mecánica Ideal (VMI) = = d1 L1 d2 L2 F1 F2 L1 L2 66Profesor Daniel Fernández Palma
  67. 67. Potencia. Máquinas simples y su relación con la estructura esquelética d2 Por conservación de energía: F1d1 = F2d2 Por semejanza de triángulos d1 / d2 = L1/ L2 Ventaja Mecánica Ideal (VMI) = = d1 L1 d2 L2 d1 F1 F2 L1 L2 67Profesor Daniel Fernández Palma
  68. 68. r x y T F2 s EJEMPLO 14 Para una palanca doblada como en la figura, encuéntrese la velocidad obtenida vo en los extremos de la palanca sabiendo que la velocidad suministrada por la acción de la fuerza T en el vértice del ángulo es vs Tr = F2 x (trabajo) Ts = F2y (momentos) Tvs = F2vo vo = vs( y/s ) Caballo: y/s = 13 68Profesor Daniel Fernández Palma

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