Movimiento: desplazamiento, rapidez y aceleración
El MOVIMIENTO
Es un cambio de posición respecto del tiempo. En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.
Clases de Movimiento:
Movimiento rectilíneo uniforme: Un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta y uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, es decir, su aceleración es nula. Esto implica que la velocidad media entre dos instantes cualesquiera siempre tendrá el mismo valor. Además la velocidad instantánea y media de este movimiento coincidirán.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: Es aquél en el que un cuerpo se desplaza sobre una recta con aceleración constante. Esto implica que en cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del cuerpo tendrá siempre el mismo valor. Por ejemplo la caída libre de un cuerpo, con aceleración de la gravedad constante.
Movimiento circular: Es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria será una circunferencia. Si, además, la velocidad de giro es constante, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio fijo y velocidad angular constante.
Movimiento ondulatorio: Se denomina movimiento ondulatorio al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una ondulacion. Se corresponde con la trayectoria ideal de un cuerpo que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. También es posible demostrar que puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos, un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.
Movimiento parabólico: Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un cuerpo que se mueve en un medio, que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. También es posible demostrar que puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos, un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.
Movimiento Pendular: El movimiento pendular es una forma de desplazamiento que presentan algunos sistemas físcos como aplicación practica al movimiento armónico simple. A continuación hay tres características del movimiento pendular que son: péndulo simple, péndulo de torsión y péndulo físico.
Péndulo simple: El sistema físico llamado péndulo simple esta constituido por una masa puntual '"m"' suspendida de un hilo inextensible y sin peso que oscila en el vacío en ausencia de fuerza de rozamientos. Dicha masa se desplaza sobre un arco circular con movimiento periódico. Esta definición corresponde a un sistema teórico que en la práctica se sustituye por una esfera de masa reducida suspendida de un filamento ligero.
Movimiento armónico simple: El movimiento armónico simple (se abrevia m.a.s.), también denominado movimiento vibratorio armónico simple (abreviado m.v.a.s.), es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico, pero no un m.a.s.. En el caso de que la trayectoria sea rectilínea, la partícula que realiza un m.a.s. oscila alejándose y acercándose de un punto, situado en el centro de su trayectoria, de tal manera que su posición en función del tiempo con respecto a ese punto es una sinusoide. En este movimiento, la fuerza que actúa sobre la partícula es proporcional a su desplazamiento respecto a dicho punto y dirigida hacia éste.
CINEMATICA: La cinemática es la parte de la física que estudia el movimiento sin tener en cuenta las causas que lo originan.
Ejemplos.
· El mundo en que vivimos esta en constante movimiento.
· En la corteza terrestre se originan movimientos que causan terremotos.
· Las plantas se mueven en busca de la luz del sol.
· Los se res humanos nos movemos en el útero desde el momento de la gestación
DESPLAZAMIENTO: El desplazamiento es un vector cuyo origen es la posición del móvil en un instante de tiempo que se considera inicial, y cuyo extremo es la posición del móvil en un instante considerado final. En otras palabras es un vector que une el punto de partida con el punto de llegada.
TRAYECTORIA: Es el camino recorrido por un móvil al desplazarse, lugar geométrico de las sucesivas posiciones que un móvil va ocupando en el espacio.
La trayectoria en los molinos de viento es circular
VELOCIDAD.
Es la relación entre el espacio recorrido y el tiempo empleado para realizar dicho movimiento, es decir
V = X / t
En donde: V = Velocidad X = Espacio o distancia t = Tiempo
Las unidades de medidas son: cm / s, Km / h.
ACELERACION.
Cuando un cuerpo esta en reposo, tiene velocidad cero. Si al moverse su velocidad aumenta a medida que pasa el tiempo, se dice que ha acelerado.
Cuando el cuerpo frena, su velocidad disminuye poco a poco; en este caso el movimiento es desacelerado. Las unidades de medidas son:
Y su fórmula está determinada por a = ( Vf - Vi ) / t .
Tomado de https://sites.google.com/a/colegiocisneros.edu.co/fisica-cisneros/home/grado-sexto-6/la-luz
FUERZA
Parte de la física que se encarga de analizar las fuerzas como causa de los movimientos de los cuerpos corresponde a la Dinámica.
Se difine por fuerza a la causa del movimiento de los cuerpos y de las variaciones del movimiento (aceleraciones, retardaciones o cambios de dirección); es también la causa de las deformaciones y ruptura de los cuerpos.
Clasificación de las fuerzas
Las fuerzas pueden clasificarse bajo diversos aspectos: tamaño, naturaleza, etc., pero atendiendo al tiempo que actúan se clasifican en:
Fuerzas instantáneas o de contacto:
Las fuerzas de contacto requieren, como su nombre lo indica, de un contacto entre los cuerpos. Son las que actúan un tiempo muy breve. Dan origen a movimientos uniformes y rectilíneos. ej, el puntapié dado a una pelota, un choque, una explosión, una bofetada, un martillazo, etc.
Fuerzas a distancia:
Las fuerzas a distancia no requieren de un contacto entre los cuerpos. Es el caso, por ejemplo, de las fuerzas magnéticas.
Elementos de una fuerza
Como la fuerza es una magnitud vectorial se le representa gráficamente por un vector, y en él debemos distinguir:
Punto de aplicación: es el punto donde se aplica o actúa la fuerza.
Dirección o recta de acción: es la recta que tiende a seguir el punto de aplicación al trasladarse la fuerza (también la dirección puede indicarse por medio de un ángulo)
Sentido: es hacia donde va dirigida la fuerza; se indica por medio de una "punta de flecha". Generalmente se confunde la dirección con el sentido. Por ejemplo: la horizontal es una dirección con infinitos sentidos: hacia el norte, hacia la drecha, hacia una esquina, etc.La vertical también es una dirección pero con sólo dos sentidos: hacia arriba o hacia abajo.
Intensidad o magnitud: se refiere al tamaño de la fuerza (módulo). Se le indica por medio de un segmento tomado como unidad de fuerza y aplicado sobre el vector.
La unidad de medida de la fuerza en el Sistema Internacional de Unidades es el newton (N). Un newton es la fuerza necesaria para que 1 kg de masa experimente una aceleración de 1 m/s2.
Un newton equivale a 1 kg . m/s2.
Fuerzas especiales
Existen algunas fuerzas especiales que están presentes en la mayoría de los movimientos. Estas son la presión, la fuerza de rozamiento, la fuerza de empuje, la fuerza de gravedad y el peso.
Fuerza de rozamiento o fricción
La fuerza de rozamiento es una fuerza que se ejerce entre dos superficies en contacto en cualquier estado de la materia.
Si las superficies son sólidas, la magnitud de las fuerzas de rozamiento entre ellas depende de su rugosidad. Si las superficies no son sólidas, la fuerza de rozamiento entre ellas depende de factores como la viscosidad del material y la velocidad con que una capa de fluido se desliza sobre la otra. En cualquier caso, la fuerza de rozamiento se ejerce en forma paralela a las superficies que se encuentren en contacto.
Fuerza de presión
La presión es la relación que existe entre la fuerza que se aplica y el área o superficie en la que se reparte.
Cuanto mayor sea la superficie sobre la que actúe una fuerza, menor será la presión, y cuanto menor sea la superficie, la presión será mayor.
A diferencia de los sólidos, los líquidos y gases ejercen presión en todas las direcciones sobre los cuerpos que se hallan sumergidos en ellos.
Fuerza de empuje
Un barco que flota está en equilibrio: su inmenso peso tira de él hacia abajo, pero el agua lo empuja hacia arriba con una fuerza de igual intensidad que la de su peso. A esta fuerza la llamamos empuje.
Arquímedes, mientras se bañaba en una tina, observó cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló el principio que lleva su nombre: todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje, de abajo hacia arriba,
igual al peso del líquido que el cuerpo desaloja. Cuando un cuerpo está sumergido, recibe la acción de dos fuerzas: su peso, que es vertical y hacia abajo, y el empuje, que es vertical, pero hacia arriba.
Debido a esto, pueden presentarse los siguientes casos:
- Que el peso sea igual que el empuje, entonces, el cuerpo se hunde.
- Que el peso sea igual que el empuje, entonces, el cuerpo está en equilibrio.
- Que el peso sea menor que el empuje, entonces, el cuerpo flota.
Fuerza de gravedad
La Ley de gravitación universal fue dada a conocer por Newton en 1686 y se dice que la "descubrió" al observar la caída de una manzana del árbol, lo que es muy poco probable. Lo cierto es concretó los trabajos de Kepler sobre esta materia.
Su enunciado es: " Todo cuerpo del Universo atrae a los otros con una fuerza que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa".
Esta ley permitió calcular el valor de la gravedad a partir de la masa y el radio de la Tierra según la
Fuerza peso
La fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un cuerpo como la Luna o la Tiera sobre los objetos o seres vivos se llama fuerza de gravedad o peso.
El peso es la fuerza con que la Tierra u otro cuerpo, como la Luna o alguna estrella, atraen a un objeto hacia su centro. El valor del peso es directamente proporcional a la masa que tenga dicho objeto. El peso es responsable de que los cuerpos caigan. La expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la segunda ley de Newton:
F = m • a
Si reemplazamos F por P (peso del cuerpo), y a por g (aceleración de gravedad), tenemos:
P = m • g
De acuerdo con esta ecuación, el peso de un cuerpo es directamente proporcional a su masa, por esto, si un cuerpo posee mayor masa que otro, será atraído por la Tierra con una fuerza mayor y tendrá, por lo tanto, un peso mayor.
De acuerdo a esta ecuación, el peso también depende de la aceleración de gravedad, la cuál varía de un lugar a otro de la Tierra y también varía en diferentes partes del Universo. Por esto decimos que el peso de un cuerpo no es constante, a diferencia de la masa que sí lo es.
La tensión
La tensión es una fuerza que aparece cuando se tensan cables o cuerdas, que impide que éstos se rompan y que se transmite por toda su longitud con igual intensidad (debido a fuerzas de acción y reacción entre todas las partículas). Así, cuando la fuerza con que se tira de un cable o cuerda es mayor que la tensión máxima que pueden soportar, se romperán. Lógicamente, la tensión tiene sentido contrario al de la fuerza que tira del cable o cuerda, ya que así impide que pueda romperse.
Tomado de https://www.portaleducativo.net/segundo-medio/29/fuerza-clases
TRABAJO Y ENERGÍA
LA ENERGÍA. La energía se puede manifestar de muy diversas formas: Energía térmica, eléctrica, muscular, potencial, química, cinética, eléctrica, nuclear, etc. La importancia de la energía es evidente, por ello la humanidad ha ido ingeniando inventos a lo largo de la historia para su utilización de forma eficiente.
La energía a través de la historia El ser humano, desde sus primeros pasos en la Tierra y a través de la historia, siempre ha buscado formas de utilizar la energía para obtener una mejor calidad de vida. Para ello ha hecho uso de diversas formas de energía: fuego (energía química), velas y molinos (energía del viento o eólica), ruedas hidráulicas (energía del agua o hidráulica), carbón (energía química), petróleo (energía química), nuclear (energía nuclear), etc.
Concepto de energía
En la naturaleza se observan contínuos cambios y cualquiera de ellos necesita la presencia de la energía: para cambiar un objeto de posición, para mover un vehículo, para que un ser vivo realice sus actividades vitales, para aumentar la temperatura de un cuerpo, para encender un reproductor de MP3, para enviar un mensaje por móvil, etc.
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. La energía no es la causa de los cambios. Las causas de los cambios son las interacciones y, su consecuencia, las transferencias de energía.
La energía cinética es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v). La energía cinética se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo (m/s). La energía cinética del viento es utilizada para mover el rotor hélice de un aerogenerador y convertir esa energía en energía eléctrica mediante una serie de procesos. Es el fundamento de la cada vez más empleada energía eólica. La energía cinética es un tipo de energía mecánica.
La energía mecánica es aquélla que está ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos. Por ejemplo, es la energía que posee un arco que está tensado o un coche en movimiento o un cuerpo por estar a cierta altura sobre el suelo. Unidades de energía
Energía potencial es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Podemos hablar de energía potencial gravitatoria y de energía potencial elástica. La energía potencial gravitatoria es la energía que tiene un cuerpo por estar situado a una cierta altura sobre la superficie terrestre. Su valor depende de la masa del cuerpo (m), de la gravedad (g) y de la altura sobre la superficie (h). La energía potencial se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad en metros por segundo al cuadrado (m/s2) y la altura en metros (m). Por ejemplo, una piedra al borde de un precipicio tiene energía potencial: si cayera, ejercería una fuerza que produciría una deformación en el suelo. La energía potencial elástica es la energía que tiene un cuerpo que sufre una deformación. Su valor depende de la constante de elasticidad del cuerpo (k) y de lo que se ha deformado (x).
El trabajo
El Trabajo es una de las formas de transferencia (cuando dos cuerpos intercambian energía, lo hacen, o bien de forma mecánica, mediante la realización de un trabajo, o bien de forma térmica, mediante el calor) de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, ∆x y del coseno del ángulo α que forman la fuerza y el desplazamiento. W = F cos α ∆x El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m).
Tomado de http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena6/impresos/quincena6.pdf
FORMAS DE ENERGÍA
Energía Cinética Y Energía Potencial
La energía es una magnitud física que se muestra en múltiples manifestaciones. Definida como la capacidad de realizar trabajo y relacionada con el calor (transferencia de energía), se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.
Energía cinética
El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:
El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la energía cinética o de las Fuerzas Vivas.
Energía potencial gravitatoria
Todo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética.
Un ejemplo clásico de energía potencial gravitatoria es un cuerpo situado a una cierta altura h sobre la superficie terrestre. El valor de la energía potencial gravitatoria vendría entonces dado por:
siendo m la masa del cuerpo y g la aceleración de la gravedad.
Si se deja caer el cuerpo, adquiere velocidad y, con ello, energía cinética, al tiempo que va perdiendo altura y su energía potencial gravitatoria disminuye.
Energía potencial elástica
Otra forma común de energía potencial es la que posee un muelle cuando se comprime. Esta energía potencial elástica tiene un valor igual a:
donde x es la posición del extremo del muelle y k una constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se libera energía potencial elástica, al tiempo que el extremo del muelle adquiere velocidad (y, también, energía cinética).
Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se acumula como una energía potencial elástica.
Energía mecánica
En los procesos físicos, la energía suele almacenarse en los cuerpos en forma combinada de tipo cinético y potencial. Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como:
Fuerzas que intervienen en un cuerpo lanzado hacia arriba: una genera movimiento (energía cinética) y la otra, el peso, va acumulando energía potencial gravitatoria hasta el punto más elevado de la trayectoria.
Conservación de la energía mecánica
Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma de unos estados a otros. Este principio se extiende también a la energía mecánica. Así, en un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante.
De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no se aplican fuerzas disipativas).
Potencia mecánica
La energía transferida (o el trabajo realizado) por unidad de tiempo bajo la acción de una fuerza se denomina potencia mecánica, y se expresa como:
Si se considera la definición de trabajo (ver t11), se tiene que:
La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio (símbolo W), equivalente a un julio dividido por un segundo (1 W = 1 J / 1 s).
