ACTIVIDAD 2. DINAMICA 1. Defina dinámica La dinámica es la parte de la física que estudia la relación existente entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y los efectos que se producirán sobre el movimiento de ese cuerpo. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. 2. Defina Fuerza La fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos cuerpos. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el hecho de definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración (magnitud en la que intervienen longitud y tiempo), conlleva a que la fuerza sea una magnitud derivada. La unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física. 3. Mencione un ejemplo de la vida cotidiana donde usted aplique una fuerza. Por ejemplo, pasear a mi hermanita en el coche de bebé. Para que el coche se mueva o desplace, debo empujarlo hasta que realice el movimiento. Esa de acción de empuje es la fuerza que yo aplico sobre el coche para lograr moverlo. 4. Enunciado de la 1era Ley de Newton. La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice: “Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.” 5. Enunciado de la 2da Ley de Newton. La Segunda ley de Newton o Principio Fundamental de la Dinámica se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice: “La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.” F = m.a 6. Enunciado de la 3era Ley de Newton. La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice: “Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.” 7. Haga una tabla comparativa de 2 diferencias entre peso y masa. CUADRO COMPARATIVO Masa (m) Peso (p) Es una magnitud escalar, su unidad de Es una magnitud vectorial, su unidad medida: kilogramo (Kg) y gramo (g). de medida: Newton (N). Es la cantidad de materia que tiene un Es la acción que ejerce la fuerza de cuerpo. gravedad. 8. ¿Dónde pesa más un cuerpo en la Tierra o en la Luna? el peso de un cuerpo será 6 veces menor en Luna con respecto a la del planeta Tierra debido a las diferencias en la fuerza de la gravedad. La fuerza de gravedad en la Luna es de 1,622 m/s2 y en la Tierra es de 9,8 m/s2. 9. Si un cuerpo no posee aceleración ¿puede decirse que no actúa ninguna fuerza sobre él? Falso, si puede tener una fuerza que actúe sobre él, la aceleración solo indica un aumento constante de velocidad. no tiene nada que ver si el objeto está en reposo o en movimiento. La aceleración no es el único resultado de una fuerza. la aceleración 0 simplemente indica que las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienen efectos en sentidos contrarios y mismas direcciones provocando que el resultado sea nulo. 10. Si se tiene dos cuerpos de diferentes masas y les aplicamos la misma fuerza ¿cuál cuerpo tendrá menor aceleración? El de mayor masa, puesto que la fuerza es directamente proporcional a la masa de los cuerpos, es decir, que a mayor masa mayor es la fuerza que hay que aplicar para que el objeto se desplace. Supongamos un ejemplo. Tenemos 2 cuerpos m1 = 2 kg y m2 = 4 kg y le aplicamos la misma fuerza F = 4 Newton (kg.m/seg2). Calculemos la aceleración aplicada a cada cuerpo. Sabemos que F = m.a, despejamos la aceleración “a” a = F/m 1er cuerpo a1 = F/ m1 a1 = 4 kg.m/seg2 / 2 kg; 2do cuerpo a2 = F/ m2 a2 = 4 kg.m/seg2 / 4 kg; a1 = 2 m/seg2 a2 = 1 m/seg2 Como podemos observar que, al aplicar la misma fuerza a dos cuerpos con diferentes masas, obtenemos diferentes valores para la aceleración, siendo la menor la del cuerpo con mayor masa. 11. Si un cuerpo de 50N pende de un hilo ¿cuál es la tensión del hilo? El peso es la fuerza gravitacional ejercida por la Tierra o cualquier otro cuerpo celeste sobre un objeto, que es igual al producto de la masa del objeto y el valor de la aceleración gravitacional local: P = m.g El valor de la constante de aceleración en la Tierra es 9,8 m/s2. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad del peso se expresa en Newton (N) La tensión es la fuerza que es ejercida mediante la acción de un cable, cuerda, cadena u otro objeto sólido similar. Dado que la tensión es una magnitud de fuerza, la misma se mide en Newton (N) y siempre es medida en dirección paralela a la cuerda sobre la que se aplica. La fórmula de la tensión (en este caso) es Ft = m.g Es decir, si un cuerpo que pesa 50N, tendría una tensión de igual valor, o sea; 50N. Porque si despejamos la masa de la fórmula de peso tendríamos: m = 50 kg.m/s2 / 9,8 m/s2 P = m.g ; donde m = P/g m = 5.102 kg Si sustituimos el valor de m en Ft, tenemos Ft = 5.102 kg . 9,8 m/s2 Ft = 50 N 12. Una fuerza actúa sobre una masa. Si la fuerza se reduce a la mitad y la masa se reduce 6 veces ¿qué le pasa a la aceleración? F1 = m1.a1 despejando a1 tenemos a1 = F1/m1 Si F2 = F1/2 y Despejamos a2 Como a1 = F1/m1 m2 = m1/6, a2 = F2/m2 sustituimos a2 = ? a2 = F1/2 /m1/6 a2 = 6F1/2m1 a2 = 3F1/m1 a2 = 3a1 Podemos concluir que la aceleración se triplica, es decir, que el valor de a2 será 3a1 ACTIVIDAD 1. MOVIMIENTOS UNIDIMENSIONALES VERTICALES 1. Defina caída libre de los cuerpos. Se le llama caída libre al movimiento que se debe únicamente a la influencia de la gravedad. Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. En la Tierra este valor es de aproximadamente 9.8 m/s2, es decir que los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9.8 m/s cada segundo. En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. La aceleración a la que se ve sometido un cuerpo en caída libre es tan importante en la Física que recibe el nombre especial de aceleración de la gravedad y se representa mediante la letra g. 2. ¿Cuáles son las 3 ecuaciones básicas de la caída libre de los cuerpos? La caída libre es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (m.r.u.a.) o movimiento rectilíneo uniformemente variado (m.r.u.v.) en el que se deja caer un cuerpo verticalmente desde cierta altura y no encuentra resistencia alguna en su camino. Las ecuaciones de la caída libre son: Altura/Posición Velocidad Tiempo Donde: Y: La altura desde la que se deja caer el cuerpo. Se trata de una medida de longitud y por tanto se mide en metros. También se le denota d de distancia, vf: La velocidad final del cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m/s) V0: La velocidad inicial del cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m/s) t: Intervalo de tiempo durante el cual se produce el movimiento. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el segundo (s) g: El valor de la aceleración de la gravedad que, en la superficie terrestre puede considerarse igual a 9.8 m/s2 3. ¿Cuál clase de movimiento representa la caída libre? A todos los movimientos cuya trayectoria es una línea vertical se les denomina movimientos verticales. Como una línea recta tiene dos sentidos, los movimientos verticales pueden ser ascendentes o descendientes. En todo movimiento vertical actúa la aceleración de gravedad, por lo tanto, la caída libre es un caso particular del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Los movimientos descendentes son uniformemente acelerados y los ascendentes uniformemente retardados. 4. Escriba 3 características del lanzamiento vertical ascendente. 1) El movimiento comprende ascenso (subida) y descenso (bajada), y la trayectoria del movimiento es rectilínea. Mientras el cuerpo sube, el movimiento del cuerpo es Retardado (𝑔 < 0 →" − "); en cambio, cuando el cuerpo baja el movimiento del cuerpo es Acelerado (𝑔 >0→ "+"). 2) Mientras el cuerpo sube, la velocidad es Positiva (𝑉 > 0); en cambio, cuando el cuerpo baja la velocidad es negativa (𝑉 < 0). 3) La Altura Máxima (𝑦𝑚á𝑥), es el punto más alto que alcanza el cuerpo cuando se detiene, y el tiempo que tarda en alcanzar esa altura se denomina, Tiempo Máximo (𝑡𝑚á𝑥). 4) Para subir el cuerpo necesita una velocidad, es decir, la velocidad inicial nunca es cero (𝑉0≠0 𝑚/𝑠). Cuando el cuerpo alcanza su Altura Máxima, éste se detiene y su velocidad es nula (𝑉𝑓=0 𝑚/𝑠), luego de allí comienza a descender en caída libre. El cuerpo tarda el mismo tiempo en alcanzar su altura máxima y en regresar al punto de partida, es decir, el tiempo que tarda en subir es igual al tiempo que tarda en bajar; y se conoce como Tiempo de Vuelo (𝑡𝑣). 5. ¿Cuáles son las 3 ecuaciones básicas del lanzamiento vertical hacia arriba? Tiempo máximo 𝒕𝒎𝒂𝒙 = Tiempo de vuelo tv Distancia máxima 𝒅𝒎𝒂𝒙 = 𝑽𝒐 𝒂 o 𝒕𝒗 = = 2 tmax 𝑉𝑜2 2𝑎 𝒕𝒎𝒂𝒙 = o 𝟐𝑽𝒐 𝒂 𝒅𝒎𝒂𝒙 = 𝑽𝒐 𝒈 o 𝑉𝑜2 2𝑔 𝒕𝒗 = 𝟐𝑽𝒐 𝒈 6. ¿Cuáles son las 3 ecuaciones básicas del lanzamiento vertical hacia abajo? Altura o distancia H = ½ a.t2 o d = ½ g.t2 Velocidad final vf = a⋅t o vf = g⋅t vf2 = 2h.a o vf2 = 2d.a Tiempo t transcurrido para un objeto que cae una distancia h: 2𝑑 𝑡=√ 𝑎 o 2𝑑 𝑡=√ 𝑔 7. Mencione 2 ejemplos de su vida cotidiana de caída libre de los cuerpos y lanzamiento vertical hacia arriba. De caída libre el mas cotidiano es cuando una fruta, por ejemplo, el mango, cae del árbol espontáneamente. Y de lanzamiento vertical hacia arriba, cuando juego con una pelota y la lanzo la pelota para ver hasta que altura alcanza. 8. ¿Cómo crees que es la recta en una gráfica (V,t) cuando el cuerpo realiza una caída libre? Haz un diagrama aproximado de lo que podría ser esa grafica. Gráfico Velocidad - Tiempo 0 0 1 2 3 4 5 6 Velocidad (m/s) -9,8 -19,6 -29,4 -39,2 -49 -58,8 Tiempo (s) tiempo (s) 0 1 2 3 4 5 velocidad (m/s) 0 -9.8 -19.6 -29.4 -39.2 -49 Como podemos observar en la gráfica V -T que corresponde a un movimiento de caída libre. Su forma recta nos indica que la aceleración es constante, es decir que la variación de la velocidad en intervalos regulares de tiempo es constante. La pendiente negativa nos indica que la aceleración es negativa porque va cayendo. En la tabla podemos ver que la variación de la velocidad a intervalos de un segundo es siempre la misma (-9.8 m/s). Esto quiere decir que la aceleración para cualquiera de los intervalos de tiempo es: g = -9.8 m/s / 1s = -9.8 m/s/s = -9.8 m/s2 9. Resuelve el siguiente problema: Desde un globo que asciende con una rapidez de 29,4 m/s se deja caer libremente un objeto que tarda 9 segundos en llegar al suelo. Calcular ¿a qué altura se encuentra el globo en el momento de soltar el objeto? Datos: V0 = 29,4 m/s t=9s H = d =? 𝒅 = 𝑽𝒐. 𝒕 − 𝒈𝒕𝟐 𝟐 𝒎 (𝟗, 𝟖 𝟐 ). (𝟗𝒔)𝟐 𝒎 𝒔 𝒅 = 𝟐𝟗, 𝟒 . 𝟗 𝒔 − 𝒔 𝟐 𝒅 = 𝟐𝟔𝟒, 𝟔 𝒎 − 𝟗, 𝟖 𝒎/𝒔𝟐 . 𝟖𝟏𝒔𝟐 𝟐 𝒅 = 𝟐𝟔𝟒, 𝟔 𝒎 − 𝟑𝟗𝟔, 𝟗 𝒎 𝒅 = −𝟏𝟑𝟐, 𝟑 𝒎 El valor negativo refiere a que el movimiento es descendente. Si tomamos el módulo del valor tendríamos: 𝒅 = 𝟏𝟑𝟐, 𝟑 𝒎
