Clase 5 leyes de newton-dinámica

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Clase 5 leyes de newton-dinámica

  1. 1. Leyes de Newton de la dinámica Joel Barría
  2. 2. Dinámica Es la parte de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos considerando las causas que generan su movimiento.
  3. 3. El movimiento según Aristóteles — Movimiento natural — Movimiento violento 384-322 a.c.
  4. 4. El movimiento según Aristóteles — El estado natural de un objeto es el reposo. — Mientras más pesado un objeto más rápido cae. 384-322 a.c.
  5. 5. El movimiento según Galileo — Los objetos caen con la misma rapidez en el vacío independiente de su peso. 1564 -1642
  6. 6. El movimiento según Galileo — Los objetos llegan al reposo por la fricción no por su naturaleza. — Si no hay interferencia para un objeto en movimiento este se mantiene en línea recta siempre (Inercia).
  7. 7. El movimiento según Newton Primera ley Ley de Inercia — Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, a menos que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas que actúan sobre él. 1642 -1727
  8. 8. Experimento
  9. 9. Experimento F ∝a Directamente proporcionales
  10. 10. Experimento 1 a∝ m Inversamente proporcionales
  11. 11. Segunda ley de Newton Si una fuerza externa neta actúa sobre un cuerpo, éste se acelera en la misma dirección que la fuerza neta. El vector fuerza neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración.
  12. 12. Segunda ley de Newton r r F = ma 1N = 1kg·m / s 2
  13. 13. Segunda ley de Newton r r F = ma (Fx , Fy , Fz ) = m(a x , a y , a z ) = (ma x , ma y , ma z ) F x = ma x F y = ma y F z = ma z
  14. 14. Segunda ley de Newton
  15. 15. La segunda ley sostiene que la variación temporal de una cantidad llamada momentum es proporcional a la fuerza. El momentum de un objeto es un producto de dos partes: su masa y su velocidad. Así la segunda ley de Newton puede escribirse matemáticamente como: Cambio del momentum con respecto al tiempo. d F = (mv ) dt Dino Salinas
  16. 16. Si la masa es constante, la ecuación anterior puede escribirse en la forma: d F = m (v ) = ma dt Dino Salinas
  17. 17. Impulso — Impulso = fuerza x intervalo de tiempo d F = m (v ) dt I = Fdt = m(dv ) El impulso es el cambio en la cantidad de movimiento.
  18. 18. Aplicación de la segunda ley de newton r F 60º m Si la masa m de 50 kg de la r figura sale del reposo, debido a la acción de una fuerza | F | de 100 N, determine la aceleración (magnitud, dirección y sentido) que adquiere.
  19. 19. Tercera ley de Newton Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (“una acción”), entonces B ejerce una fuerza sobre A (“una reacción”) de igual magnitud y dirección pero en sentido contrario. B A
  20. 20. Tercera ley de Newton r r F A = − FB Estas fuerzas actúan sobre diferentes cuerpos.
  21. 21. Pero, ¿Qué es una fuerza?
  22. 22. Fuerza e interacciones Cotidianamente fuerza es un empujón o tirón.
  23. 23. La Fuerza es una cantidad vectorial — Magnitud : “cuánto” o “qué tan fuerte” Según el SI su unidad es el Newton abreviado N — Dirección y sentido: “hacia donde”
  24. 24. La Fuerza es una cantidad vectorial
  25. 25. Superposición de fuerzas r r r R = F1 + F2 r r r El efecto de F1 y F2 sobre A es igual al de R
  26. 26. r Fuerza neta R r F1 r F2 r F3 r F4 r r r r r R = F1 + F2 + F3 + F4 + ... = ∑ i r Fi
  27. 27. Componentes de una Fuerza Fx = F cos θ Fy = Fsenθ
  28. 28. Ojo con el Sistema de Referencia
  29. 29. Tipos de Fuerza — Fuerzas de largo alcance Ej.: fuerza de gravedad, fuerza magnética, fuerza eléctrica, etc. — Fuerza de contacto Ej.: fuerza de roce, fuerza normal, tensión, etc.
  30. 30. Magnitudes de fuerzas típicas • Fuerza gravitacional del Sol sobre la Tierra 3,5 x10 22 N 5 • Fuerza de tracción máxima de una locomotora 8,9 x10 N • Atracción eléctrica entre el protón y el electrón de un átomo de hidrógeno 8,2 x10 −8 N • Atracción gravitacional entre el protón y el electrón de un átomo de hidrógeno 3,6 x10 −47 N
  31. 31. Fuerza de largo alcance — Ley de la gravitación de Newton Gm1 m 2 Fg = 2 r −11 G = 6,673x10 N·m /kg 2 2
  32. 32. Fuerza de largo alcance r — Peso w Es la fuerza de atracción gravitacional que ejerce la Tierra sobre una masa m. w = Fg = GmT m rT 2 m T : masa de la tierra rT : distancia de la masa m al centro de la tierra
  33. 33. Fuerza de largo alcance r — Peso w g= Gm T rT 2 Aceleración debida a la gravedad en la superficie terrestre. r r w = mg
  34. 34. r — Peso w (a) 1 kg pesa 9,8 N en la Tierra m gT = 9 ,80 2 s (b) 1 kg pesa 1,62 N en la Luna m g L = 1,62 2 s
  35. 35. Fuerzas de contacto r f r N r v r N : Fuerza Normal r f : Fuerza de roce
  36. 36. Fuerzas de contacto r — Fuerza Normal N Es una fuerza perpendicular que ejerce superficie sobre una masa apoyada en ella. r N r N cualquier
  37. 37. Fuerzas de contacto r N r FC r N r N r FC : fuerza de acción de la masa sobre la superficie de acuerdo a la tercera ley de newton. : fuerza de reacción de la superficie sobre la masa de acuerdo a la tercera ley de newton.
  38. 38. Fuerzas de contacto — r Fuerza de roce cinético f k r v r fk fk = µk N µ k : coeficient e de roce cinético Siempre contraria al desplazamiento
  39. 39. Fuerzas de contacto — r Fuerza de roce estático f s v=0 r fS fS ≤ µS N µ S : coeficient e de roce estático
  40. 40. Ej.:
  41. 41. Compresión y Tensión Para un bloque en “equilibrio”: Cuando actúan fuerzas opuestas que lo “oprimen” se dice que el bloque está en estado de compresión. Cuando actúan dos fuerzas opuestas que tiran de él se dice que el bloque está en estado de tensión. La tensión y la compresión tienen un “módulo” característico
  42. 42. Tensión -Una cuerda poseerá sólo módulo de tensión, pero no de compresión. - Sólo se transmitirán fuerzas en sentido longitudinal. - Si no hay roce, LA TENSIÓN SERÁ LA MISMA EN TODOS LOS PUNTOS DE LA CUERDA. - Una cuerda puede ser empleada para cambiar la dirección de una fuerza sin modificar su módulo.
  43. 43. Aplicación de la tercera ley de newton ¿Qué fuerzas actúan sobre la manzana en equilibrio? r F T sobre A r FE sobre A
  44. 44. Ustedes ¿Estas fuerzas son un par acción-reacción? NO Actúan sobre el mismo cuerpo
  45. 45. Par acción-reacción r r FA sobre T = − FT sobre A
  46. 46. Par acción-reacción r FA sobre E r r FA sobre E = − FE sobre A
  47. 47. Aplicación de la primera ley de newton Si el peso w es de 60,0 N, determine la tensión en cada una de las cuerdas, para mantener el sistema en equilibrio de traslación.
  48. 48. Aplicación de la segunda ley de newton r F 60º m r F Si la masa m de 50 kg de la figura sale del reposo, debido a la acción de una fuerza | | de 100 N, determine la aceleración (magnitud, dirección y sentido) que adquiere, si el coeficiente de roce cinético entre la masa y el suelo es de 0,1.
  49. 49. Trabajo pendiente — Para el desarrollo de la guía 6, estudiar el capítulo 2 (Fuerza) del libro “Física para las Ciencias de la Vida” de Alan Cromer.

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