LuisGomez_dinamica-estatica_2020-1
- 1. Republica Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño. Barinas_Barinas. LEYES DE ISAAC NEWTON. PROFESOR(RA): ELY RAMIRES. ALUMNO: LUIS GÓMEZ #26.890.208 BARINAS JULIO 2020
- 2. introducción En este trabajo analizaremos las principales características de Las leyes de Newton y la dinámica, que es un rama de la física que estudia los principios de Newton, las cuales consisten en tres relación entre las fuerzas y los movimientos, la cual fueron postulados y expuestos por Isaac Newton en 1687,: a partir de los cuales se explican la mayoría de los problemas planteados por la dinámica, principalmente los relativos al movimiento de los cuerpos. Estos conceptos son la base no son solo de la dinámica clásica sino que también de la física en general, cambiar de estado. Permitiendo así explicar tanto el movimiento de los astros, como los movimientos de los proyectiles. Hasta toda la mecánica y funcionamiento de las maquinas.
- 3. Que se entiende por dinámica de una partícula y equilibrio estático. La dinámica es la parte de la Mecánica que estudia las relaciones entre las causas que originan los movimientos y las propiedades de los movimientos originados. Las Leyes de Newton constituyen los tres principios básicos que explican el movimiento de los cuerpos, según la mecánica clásica. Fueron formuladas por primera vez por Newton en 1687, aunque la primera de ellas ya fue enunciada por Galileo. Tal y como las vamos a ver aquí sólo son válidas para un Sistema de Referencia Inercial. Equilibrio estático El concepto de equilibrio estático, más exactamente equilibrio mecánico estático, es utilizado en física para describir un estado estacionario en el cuál la posición relativa de los componentes de un sistema no cambia con el tiempo. No significa que no se muevan, pueden hacerlo, lo que no cambia es la posición relativa entre los componentes. Dicho en otras palabras, en el estado de equilibrio estático el sistema está en reposo o su centro de masas se mueve a velocidad constante. Este concepto está implícito en la Ley de la Inercia, la primera de las tres leyes de Newton. Dinámica de una partícula
- 4. La fuerza La fuerza es un fenómeno físico capaz de modificar la velocidad de desplazamiento, movimiento y/o estructura (deformación) de un cuerpo, según el punto de aplicación, dirección e intensidad dado. Por ejemplo, acciones como arrastrar, empujar o atraer un objeto conllevan la aplicación de una fuerza que puede modificar el estado de reposo, velocidad o deformar su estructura según sea aplicada. Asimismo, la fuerza es una magnitud vectorial medible que se representa con la letra ‘F’ y su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton ‘N’, denominado así en honor a Isaac Newton, quien describió en su Segunda Ley de Movimiento cómo la fuerza tiene relación con la masa y la aceleración de cuerpo. Por ejemplo, a mayor masa mayor será la fuerza a ejercer sobre el objeto para lograr moverlo o modificarlo.
- 5. Formula para calcular fuerza. La fuerza se calcula con la siguiente fórmula: F = m • a. Fuerza. Fuerza necesaria para mover un cuerpo u objeto (en el Sistema Internacional se calcula en Newton). Su unidad se representa con la letra F F= fuerza Masa. masa de un cuerpo en el sistema Internacional se calcula en kilogramos Su unidad se representa con la letra M M= masa Aceleración. Unidad de aceleración en el sistema Internacional se calcula en metros por segundo al cuadrado m/s2. Su unidad se representa con la letra a a= aceleración
- 6. Otras unidades de medidas que se pueden emplear para calcular la fuerza son: • Sistema Técnico de Unidades: kilopondio (kp), 1 kp =9.8 N. • Sistema Cegesimal de Unidades: dina (d), 1 d = 10-5 N. • Sistema Anglosajón de Unidades: libra (lb, lbf), 1 lb = 4.448222N. Por otra parte, la fuerza también se puede medir empleando un instrumento llamado dinamómetro, que permite calcular tanto la fuerza como el peso de los objetos.
- 7. Fuerza normal La fuerza normal, reacción normal o simplemente normal (N) es una fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo que se encuentra apoyado en ella. Su dirección es perpendicular a la superficie de apoyo y su sentido es hacia afuera. Fuerza de acción: Son aquellas fuerzas exteriores que actúan sobre un cuerpo con el objetivo de desplazarlo o deformar su estructura. Por ejemplo empujar un objeto de gran peso y tamaño.
- 8. Fuerza de roce. La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso). Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza de rozamiento estática. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la fuerza con la que empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda mover, tal como podemos observar en la animación que os mostramos aquí. Una vez que el cuerpo empieza a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática. Fuerza de rozamiento o fricción: La fuerza de rozamiento o fricción es aquella que surge cuando un objeto o cuerpo se mueve sobre otro, por lo que sus superficies entran en contacto generando resistencia ya que uno se opone al movimiento. Por ejemplo, deslizar una caja sobre la superficie del suelo.
- 9. Fuerza de peso o gravedad Peso, como tal, designa la medida resultante de la acción que ejerce la gravedad terrestre sobre un cuerpo. Como peso también puede entenderse una magnitud de dicha fuerza. Asimismo, por extensión, se refiere a toda fuerza gravitacional que, en el Universo, ejerce un cuerpo celeste sobre una masa. Fuerza estática: Se refiere a la poca variación de la intensidad, lugar o dirección de la fuerza que actúa sobre un cuerpo, por lo que esta suele ser constante. Por ejemplo, el peso de una casa.
- 10. Fuerza de tención. La fuerza es una acción que puede modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo; por lo tanto, puede acelerar o modificar la velocidad, la dirección o el sentido del movimiento de un cuerpo dado. La tensión, por su parte, es el estado de un cuerpo sometido a la acción de fuerzas opuestas que lo atraen. Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que, aplicada a un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión; este último concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama del conocimiento desde la cual se analice.
- 11. Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un cuerpo a otro. Cuando en los extremos de una cuerda se aplican dos fuerzas iguales y contrarias, la cuerda se pone tensa. Las fuerzas de tensión son, en definitiva, cada una de estas fuerzas que soporta la cuerda sin romperse. Fuerza de tensión: Se trata de un tipo de fuerza que se transmite a través de diferentes cuerpos diferentes, se trata de dos fuerzas opuestas afectan a un mismo cuerpo pero en direcciones opuestas. Por ejemplo, una polea.
- 14. Las leyes de Newton. Ley de la inercia Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o todas las que actúan se anulan entre sí dando una resultante nula, entonces el cuerpo no variará su velocidad. Esto significa que, si está en reposo seguirá en reposo y si se mueve lo seguirá haciendo a la misma velocidad. La primera Ley 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.
- 15. Si sobre un cuerpo actúa una fuerza, dicho cuerpo modificará su velocidad, es decir, adquirirá una aceleración. Dicha fuerza y su aceleración generada son proporcionales y están relacionadas con la fórmula 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. Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido Ley de Newton o Principio fundamental de la Dinámica
- 16. Ley de Newton o Principio de acción y reacción Si un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza (que podemos llamar acción), el otro ejerce sobre éste otra fuerza igual pero en sentido contrario (llamada de reacción). La tercera ley expone que por 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.
- 17. Primera ley de newton Dos partículas que interaccionan entre sí no se mueven con velocidad constante. Como el conjunto de las dos partículas está aislado, su momento lineal total se conserva: Todo cuerpo que no está sometido a ninguna interacción (cuerpo libre o aislado) permanece en reposo o se traslada con velocidad constante. Esta ley es conocida como la ley de inercia y explica que para modificar el estado de movimiento de un cuerpo es necesario actuar sobre él. Definimos una nueva magnitud vectorial llamada momento lineal (o cantidad de movimiento) p de una partícula: Entonces la primera ley es equivalente a decir que un cuerpo libre se mueve con p constante. Consideremos el caso de dos partículas que, debido a su interacción mutua, describen un movimiento en el que sus velocidades respectivas varían:
- 18. Esta expresión se conoce como principio de conservación del momento lineal y se puede hacer extensivo a un conjunto de N partículas. Operando en la ecuación anterior obtenemos que: Esto significa que, como el momento lineal del conjunto de las dos partículas se conserva pero el de cada una de ellas por separado no permanece constante, lo que aumenta el momento lineal de una de ellas ha de ser igual a lo que disminuye el momento lineal de la otra. El ejemplo típico que demuestra este hecho es el retroceso que experimenta un arma al ser disparada.
- 19. Segunda ley de newton. Se define fuerza F que actúa sobre un cuerpo como la variación instantánea de su momento lineal. Expresado matemáticamente: La unidad de fuerza en el S.I. es el Newton (N). Una fuerza representa entonces una interacción. Cuando una partícula no está sometida a ninguna fuerza, se mueve con momento lineal constante (Primera Ley). Sustituyendo la definición de momento lineal y suponiendo que la masa de la partícula es constante, se llega a otra expresión para la Segunda Ley: Comentaremos algunos aspectos interesantes de esta ecuación: • La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada, y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo. • Si actúan varias fuerzas, esta ecuación se refiere a la fuerza resultante, suma vectorial de todas ellas. • En ocasiones será útil recordar el concepto de componentes intrínsecas: si la trayectoria no es rectilínea es porque hay una aceleración normal, luego habrá una también una fuerza normal; si el módulo de la velocidad varía, es porque hay una aceleración tangencial, luego habrá una fuerza tangencial. • La fuerza y la aceleración son vectores paralelos, pero esto no significa que el vector velocidad sea paralelo a la fuerza. Es decir, la trayectoria no tiene por qué ser tangente a la fuerza aplicada. • Esta ecuación debe cumplirse para todos los cuerpos. Cuando analicemos un problema con varios cuerpos, deberemos entonces tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre cada uno de ellos y aplicar la ecuación por separado.
- 20. Tercera ley de newton Un error muy común es cancelar las fuerzas que constituyen un par acción-reacción al estudiar un cuerpo, pero hay que tener en cuenta que dichas fuerzas se ejercen sobre cuerpos distintos, luego sólo se cancelarán entre sí cuando consideremos el sistema formado por los dos cuerpos en su conjunto. Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este último ejerce sobre el primero una fuerza igual en módulo y de sentido contrario a la primera. Esta ley es conocida como la Ley de Acción y Reacción. En la siguiente animación puedes cambiar la fuerza con la que empuja el coche y la masa que lleva el camión. Observa cómo varían las normales ejercidas entre el coche y el camión y la aceleración que adquieren: para distintos valores de la masa, el módulo de las normales cambia, pero los módulos son iguales entre sí puesto que constituyen un par acción - reacción.
- 22. Cuerpo rígido Un cuerpo rígido es un cuerpo ideal en el que sus partículas tienen posiciones relativas fijas entre sí. Estos cuerpos no sufren deformaciones debido a la acción fuerzas externas. Se trata de cuerpos ideales ya que en la realidad los cuerpos no son completamente rígidos sino que se deforman por la acción de fuerzas externas. A diferencia de las partículas, en los cuerpos rígidos sí consideramos sus dimensiones además de su masa. En la unidad estática del cuerpo rígido se estudian las condiciones necesarias y suficientes para que un cuerpo rígido permanezca en equilibrio.
- 23. Fuerzas en el cuerpo rígido En los cuerpos rígidos hay dos tipos de fuerzas, llamadas externas e internas. Las fuerzas externas son las fuerzas debido a la acción de otros cuerpos. Las fuerzas internas son las encargadas de mantener unidas a las partículas del cuerpo rígido. A su vez, las fuerzas externas pueden ser de dos tipos, fuerzas aplicadas y fuerzas de reacción.
- 24. Momento de torsión El momento de torsión, torque o momento de una fuerza es la capacidad de una fuerza para provocar un giro. Etimológicamente. El momento de torsión (con respecto a un punto determinado) es la magnitud física que resulta de efectuar el producto vectorial entre los vectores de posición del punto en el que la fuerza se aplica y el de la fuerza ejercida (en el orden indicado). Este momento depende de tres elementos principales.
- 25. El primero de estos elementos es la magnitud de la fuerza aplicada, el segundo es la distancia entre el punto en el que se aplica y el punto respecto al que gira el cuerpo (también denominada brazo de palanca), y el tercer elemento es el ángulo de aplicación de dicha fuerza. A mayor fuerza, se provoca mayor giro. Lo mismo ocurre con el brazo de palanca: cuanto mayor sea la distancia entre el punto en el que se aplica la fuerza y el punto respecto al que produce el giro, mayor será este.
- 26. Centro de masa. Cuando un cuerpo se encuentra en movimiento, por ejemplo, al lanzar un lápiz al aire, todas sus partículas se mueven a la vez, aunque con distintas trayectorias. Para caracterizar la traslación del lápiz en su conjunto, sin embargo, nos basta con estudiar qué ocurre en un solo punto del mismo: su centro de masas. Este será el que determine su velocidad, su trayectoria, etc. El centro de masas representa el punto en el que suponemos que se concentra toda la masa del sistema para su estudio. Es el centro de simetría de distribución de un sistema de partículas.
- 27. Centro de masa
- 28. Condiciones para que un cuerpo este en equilibrio total. Primera condición Condición para que no halla momento de translación. Las resultantes de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero. ∑𝐹2 = 0 Segunda condición Condición del equilibrio condición para que no halla movimiento de rotación. • La suma de los momentos de las fuerzas respecto de un punto del cuerpo debe ser nulas. ∑𝑀2 = 0 Primera condición del equilibrio: Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando la fuerza resultante que actúa sobre él es igual a cero” S Fx = 0 ; S Fy = 0 Condición algebraica. FR = F1 + F2 + F3 + F4..... + Fn Condición gráfica. Si la resultante de un sistema de vectores es nula, el polígono que se forma será cerrado. F1 + F2 + F3 + F4 = 0 Nota. Se representa a los vectores (F) con una barra encima. La letra normal indica el módulo.
- 29. Conclusión. Como pudimos observar en este trabajo, las leyes formuladas por Isaac Newton hacen más de tres mil años atrás, son los pilares fundamentales de la mecánica y la física, los cuales siguen siendo mucho más que vigentes hoy en día. Cabe recalcar que aun después de tanto tiempo estas tres leyes sigan siendo tema constante entre los científicos de la actualidad, los cuales siguen haciendo contribuciones a su mejoramiento. Estos principios son la base del movimiento; se encuentran siempre a nuestro alrededor y entramos constantemente en su uso sin siquiera darnos cuenta. Están en nuestra vida, lo han estado siempre y lo Cada vez que se aplica una fuerza sobre un seguirán estando, han cuando ni siquiera nos demos objeto, este a su vez tiende siempre a cuenta de su importancia. Contrarrestar con una fuerza de igual magnitud, como se muestra en ej. Con la acción del rose de una caja, o en el ej. Con la fuerza ejercida hacia la pared. Esto mismo a du vez puede representarse con el ejemplo de un auto que, al ejercer una fuerza al espacio, se le contrapone otra de igual magnitud.