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Conceptos básicos de física




Enviado por Pablo Turmero



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    Conceptos Básicos de Física: Ley de Newton Isaac
    Newton (1642 – 1727) Las leyes de Newton se formularon en la obra
    Principia Mathematica de Newton, y se tratan de las tres leyes
    que forman la base de la física clásica que
    dominó el panorama científico durante tres siglos.
    Los enunciados de las tres leyes de Newton son los
    siguientes:

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    LEYES DE NEWTON

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    Primera ley de Newton (Ley de la inercia) Un cuerpo en reposo
    continúa en reposo y un cuerpo en movimiento
    continúa siguiendo el mismo movimiento a no ser que sobre
    él actúe una fuerza. La primera ley especifica que
    todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de
    movimiento rectilíneo uniforme, a menos que actúe
    sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho
    estado.

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    Primera ley de Newton (Ley de la inercia) Este principio
    establece que la materia es inerte, en tanto que por sí
    misma no puede modificar su estado de reposo o movimiento.
    Así, pues, constituye una definición de la fuerza
    como causa de las variaciones de velocidad de los cuerpos e
    introduce en física el concepto de sistema de referencia
    inercia. Un cuerpo en movimiento se mantendrá así
    de forma indefinida a no ser que actúe sobre él
    alguna fuerza, la realidad es que los cuerpos están
    sometidos a la acción de fuerzas de fricción o
    rozamiento, que los van frenando progresivamente.

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    PREVENCIÓN DE RIESGO Primera Ley o Ley de Inercia Cuando
    estas tras el volante te encuentras en un estado de inercia
    aunque el vehículo este en movimiento, al chocar contra un
    objeto (un muro u otro vehículo), entraras en un
    movimiento que es detenido por el airbag o EPP.

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    Segunda ley de Newton (Principio Fundamental de la
    Dinámica) La Primera ley de Newton nos dice que para que
    un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que
    provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas.
    Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre
    otros. La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el
    concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un
    cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho
    cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo,
    de manera que podemos expresar la relación de la siguiente
    manera: F = m a

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    Segunda ley de Newton (Principio Fundamental de la
    Dinámica) Tanto la fuerza como la aceleración son
    magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un
    valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la
    Segunda ley de Newton debe expresarse como: F = m a

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    Segunda ley de Newton (Principio Fundamental de la
    Dinámica) La unidad de fuerza en el Sistema Internacional
    es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que
    hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que
    adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg.
    · 1 m/s2 La expresión de la Segunda ley de Newton
    que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea
    constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va
    quemando combustible, no es válida la relación F =
    m · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para
    que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la
    masa.

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    Segunda ley de Newton (Principio Fundamental de la
    Dinámica) Para ello primero vamos a definir una magnitud
    física nueva. Esta magnitud física es la cantidad
    de movimiento que se representa por la letra p y que se define
    como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es
    decir: p = m · v

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    Medio AmbienteSegunda ley o Principio Fundamental de la
    Dinámica La energía eólica es una de las
    maneras en que se aplica la segunda ley de Newton, la fuerza que
    ejerce el viento sobre las alises produce el movimiento necesario
    para producir energía.

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    Tercera ley de Newton (Ley de acción-reacción) Tal
    como comentamos la Segunda ley de Newton las fuerzas son el
    resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La
    tercera ley, también conocida como Principio de
    acción y reacción nos dice que si un cuerpo A
    ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza
    sobre A otra acción igual y de sentido contrario.

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    Tercera ley de Newton (Ley de acción-reacción) Por
    lo tanto, cada fuerza que actúa sobre un cuerpo,
    éste realiza una fuerza de igual intensidad y
    dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la
    produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en
    pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas
    sobre la misma recta. Este principio presupone que la
    interacción entre dos partículas se propaga
    instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría
    velocidad infinita), y en su formulación original no es
    válido para fuerzas electromagnéticas puesto que
    estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo
    sino que lo hacen a velocidad finita "c".

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    Tercera ley de Newton (Ley de acción-reacción) Esto
    es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones.
    Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos
    el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que
    nos hace saltar hacia arriba. Cuando estamos en una piscina y
    empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en
    sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra
    persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de
    empujarnos a nosotros.

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    Tercera ley de Newton (Ley de acción-reacción) Hay
    que destacar que, aunque los pares de acción y
    reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se
    anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos
    distintos.

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    Prevención de RiesgosTercera ley o Principio de
    acción-reacción

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    2 momentum lineal

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    Para una partícula Momentum Lineal Para un sistema de
    particulas 2da Ley

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    El Momentum es un Vector

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    Condiciones: Un sistema aislado (Fneta, ext.= 0) y cerrado.
    Conservación de Momentum Es una ecuación vectorial
    así que representa varias ecuaciones algebraicas, una por
    cada componente. Si la fuerza neta tiene un componente pero no
    otro, entonces el momentum total no se conserva pero se conserva
    el componente del momentum a lo largo del eje para el cual el
    componente de la fuerza es cero.

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    Ejemplo – Una Nave Espacial Emite Carga. Conocemos vi , y la
    velocidad relativa final. La masa de la carga es 20%. Buscar la
    velocidad final de la nave con respecto al sol. Usaremos H para
    la nave, M para el módulo de carga, S para el Sol.

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    El Centro de Masa Un Punto Especial Su movimiento representa el
    movimiento general de un objeto compuesto. Veremos que podemos
    entender su movimiento de una manera
    “sencilla”.

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    El Centro de Masa de Un Objeto Sólido Pero, en la
    práctica, no usaremos estas ecuaciones. Son sólo
    para permitirnos entender que el CM corresponde al centro
    geométrico de un objeto de densidad uniforme. Lo que
    sí usaremos en la práctica es la simetría
    del objeto (si es que la tiene). El CM queda en el punto, linea o
    plano de simetría de un objeto. Otra técnica
    útil es reemplazar partes del objeto por puntos
    localizados en sus respectivos CMs y con las masas
    correspondientes.

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    Es cero porque es el centro del sistema compuesto que es el
    círculo grande. = 0 Llamar (xP, yP ) al CM de una placa
    con un hoyo. Encuentro yP = 0 por simetría!!! Tratar como
    si fuese un sistema compuesto por dos partículas. xS = -R
    porque es el centro del círculo chiquito. AreaS = p R2,
    AreaS+P = p (2R)2, AP=AS+P- AS = 3p R2 Combinándolo todo
    xP = R/3

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    3 Trabajo, Energía, Potencia, rendimiento

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    Trabajo Es una cantidad escalar igual al producto de la magnitud
    del desplazamiento y la componente de la fuerza en
    dirección del desplazamiento. Se deben de cumplir tres
    requisitos: 1.- Debe haber una fuerza aplicada 2.-La fuerza debe
    ser aplicada a través de cierta distancia (desplazamiento)
    3.-La fuerza debe tener una componente a lo largo del
    desplazamiento

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    Donde Ft es la componente de la fuerza a lo largo del
    desplazamiento, ds es el módulo del vector desplazamiento
    dr, y q  el ángulo que forma el vector fuerza con el
    vector desplazamiento. El trabajo total a lo largo de la
    trayectoria entre los puntos A y B es la suma de todos los
    trabajos infinitesimales Su significado geométrico es el
    área bajo la representación gráfica de la
    función que relaciona la componente tangencial de la
    fuerza Ft, y el desplazamiento s.

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    Ejemplo: Calcular el trabajo necesario para estirar un muelle 5
    cm, si la constante del muelle es 1000 N/m. La fuerza necesaria
    para deformar un muelle es F=1000·x N, donde x es la
    deformación. El trabajo de esta fuerza se calcula mediante
    la integral El área del triángulo de la figura es
    (0.05·50)/2=1.25 J Cuando la fuerza es constante, el
    trabajo se obtiene multiplicando la componente de la fuerza a lo
    largo del desplazamiento por el desplazamiento.
    W=Ft·s

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    Ejemplo: Calcular el trabajo de una fuerza constante de 12 N,
    cuyo punto de aplicación se traslada 7 m, si el
    ángulo entre las direcciones de la fuerza y del
    desplazamiento son 0º, 60º, 90º, 135º,
    180º.

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    Si el cuerpo se desplaza horizontalmente (1 metro) y se ejerce un
    trabajo perpendicular a ella (100 newton), el trabajo realizado
    por esta fuerza es: Desplazamiento fuerza

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    O sea el cargar el peso de la mochila horizontalmente, no se hace
    trabajo, porque la fuerza (el peso) y el desplazamiento son
    perpendiculares Desplazamiento Fuerza

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    Siendo ? el ángulo entre los vectores fuerza y
    desplazamiento.

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    Trabajo Resultante Cuando varias fuerzas ejercen trabajo, hay que
    distinguir entre trabajo positivo y negativo. Si la Fuerza y
    desplazamiento son en el mismo sentido, el trabajo es positivo.
    Si se ejercen en sentido contrario, el trabajo es negativo.
    EJEMPLO: La fuerza que ejerce el hombre hace trabajo positivo
    cuando la caja sube. La fuerza que ejerce el hombre hace trabajo
    negativo cuando la caja baja. La fuerza de gravedad hace trabajo
    positivo cuando la caja baja La fuerza de gravedad hace trabajo
    negativo cuando la caja sube.

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    Trabajo Resultante es la suma algebraica de los trabajos
    individuales que se ejercen por varias fuerzas en un mismo
    cuerpo. (Es igual al trabajo de la fuerza neta). Trabajo y
    Energía Relación entre trabajo y energía
    También se llama trabajo a la energía usada para
    deformar o desplazar un cuerpo venciendo una resistencia o
    aceleración o, en general, para alterar la energía
    de cualquier sistema físico. El concepto de trabajo
    está ligado íntimamente al concepto de
    energía, midiéndose ambas magnitudes en la misma
    unidad: el julio (joule en inglés). Esta relación
    puede verse en el hecho que, del mismo modo que existen distintas
    definiciones de energía en mecánica y
    termodinámica, también existen distintas
    definiciones de trabajo en cada rama de la física. Es una
    magnitud de gran importancia para establecer relaciones entre las
    distintas ramas de la física. Trabajo y energía son
    conceptos que empezaron a utilizarse cuando se abordó el
    estudio del movimiento de los cuerpos.

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    Trabajo y energía en Mecánica Si se realiza un
    trabajo sobre una partícula, ésta adquiere esa
    misma cantidad de energía, habitualmente su energía
    cinética (este es el teorema del trabajo y la
    energía o teorema de las fuerzas vivas): Por ejemplo, si
    un cuerpo se está moviendo por un plano horizontal con una
    energía cinética de 8 J (Joules) y recibe en el
    sentido de su movimiento una fuerza de 4 N (Newtons) constante
    durante 10 m, alcanzará una energía cinética
    de 48 J.

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    Nótese que una fuerza perpendicular al desplazamiento no
    hace variar la energía cinética de la
    partícula. Éste es el caso de la fuerza
    magnética, que curva la trayectoria pero mantiene
    constante el módulo de la velocidad. Por ejemplo: si una
    persona mantiene un bulto a una distancia de 1.5m del suelo y
    camina 3 metros, el trabajo realizado es cero, dado que
    ángulo que se forma entre el desplazamiento y la fuerza es
    90º Por otra parte, si tenemos una fuerza conservativa, el
    trabajo que realiza es la variación con signo negativo de
    la energía potencial: Lo cual no es más que una
    consecuencia del teorema fundamental del cálculo, ya que
    una fuerza conservativa y una energía potencial asociada a
    esta se relacionan por:

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    Trabajo y energía en Termodinámica Trabajo de
    frontera : El trabajo de frontera es aquel que se realiza en un
    sistema de volumen variable. En un diagrama P-V es el área
    bajo la curva del comportamiento del sistema. La ecuación
    matemática es:

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    En caso de que el sistema esté sometido a presión
    constante durante el proceso, el trabajo de frontera es: El
    principio de conservación de la energía relaciona
    el trabajo realizado en un gas, con la energía interna del
    sistema y el calor transferido, de la siguiente forma:
    “Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce
    una energía”

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