TEMA N 2 ENERGÍA MECÁNICA. Ing. Caribay Godoy Rangel

Transcripción

1 TEMA N 2 ENERGÍA MECÁNICA

2 OBJETIVO TEMA N 2 Al finalizar el tema el alumno podrá entender la diferencia entre rapidez y velocidad, resolver ejercicios del Movimiento Rectilíneo Uniforme y Uniformemente Acelerado. No solo sabrá lo que es movimiento sino sus causas al entender el concepto de fuerza. Podrá enunciar las leyes de Newton y dar ejemplos de aplicación.

3 MOVIMIENTO Definimos MOVIMIENTO cuando un objeto cambia de posición con respecto a un punto de referencia. MECÁNICA es la parte de la Física Clásica que estudia fundamentalmente el movimiento, tratando de establecer relaciones que permitan explicar hechos como la caída de un cuerpo desde cierta altura, la rapidez alcanzada por un móvil, el movimiento de los astros.

4 ENERGÍA MECÁNICA Dinámica: es la parte de la Mecánica que estudia el movimiento y los conceptos físicos tales como fuerza y masa. Cinemática: parte de la dinámica que describe el movimiento sin importar sus causas.

5 MOVIMIENTO CINEMÁTICA

6 Cinemática Movimiento Unidimensional Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA) Caída Libre Movimiento Bidimensional Vectores Movimiento Parabólico Movimiento Circular Uniforme (MCU)

7 MOVIMIENTO ALGUNA VEZ TE HAS PUESTO A PENSAR QUE TODO LO QUE TIENES ALREDEDOR SE MUEVE? Un observador en la acera, notará que el vehículo esta cambiando de posición con respecto a la acera, por lo tanto el automóvil y sus tripulantes se están moviendo. Los cauchos de vehículo están rotando; por lo tanto también se mueven. Varios componentes del motor del vehículo se mueven para hacerlo avanzar. El agua y el aceite presentes en el motor, se mueven para hacer una temperatura y lubricación adecuada del motor. El chofer del vehículo contiene fluidos (sangre, agua, etc.) en continuo movimiento. Sus partes corporales (manos, pestañas, pulmones) también se mueven como manifestación de vida. A nivel molecular y atómico, también hay movimiento de todos los componentes del sistema (vehículo + pasajero).

8 REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO DIAGRAMAS DE MOVIMIENTO

9 REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO

10 REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO

11 REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO

12 REPRESENTACIÓN DEL MOVIMIENTO

13 REPOSO VELOCIDAD VELOCIDAD CONSTANTE ACELERACIÓN

14 MARCO DE REFERENCIA

15 MARCO DE REFERENCIA EL MOVIMIENTO ES RELATIVO!

16 MARCO DE REFERENCIA Un Marco de referencia es una elección de eje coordenados que definen el punto de inicio para medir cualquier cantidad, una primera etapa esencial en la solución de cualquier problema de mecánica.

17 SISTEMA DE COORDENADAS EJES CARTESIANOS y + x - origen x + y -

18 MOVIMIENTO RECTILÍLENO UNIFORME DESPLAZAMIENTO RAPIDEZ VELOCIDAD

19 TRAYECTORIA, DISTANCIA Y DESPLAZAMIENTO * Existen infinitos caminos para llegar desde el punto A al punto B, a cada uno de estos caminos se le llama trayectoria. * A la longitud recorrida por el vehículo desde A hasta B se le llama Distancia. * La distancia Ing. Caribay masgodoy corta Rangelentre A y B se le conoce como Desplazamiento, y viene a ser un vector.

20 RAPIDEZ La rapidez es una medida de la distancia recorrida por un objeto en un tiempo determinado. Rapidez = distancia tiempo La rapidez se expresa en unidades de longitud divididas entre unidades de tiempo. El ciclista se mueve a 30 kilómetros por hora (30Km/h), estamos diciendo que recorrió 30 kilómetros en una hora.

21 Ser viviente o Fenómeno Físico Hormiga corriendo Hombre caminando Delfín nadando Propagación de la luz Batido de alas de un colibrí Transmisión del impulso nervioso RAPIDEZ Rapidez 5 cm/s 2 m/s 20 Km/h Km/s 80 batidos/s 100m/s

22 RAPIDEZ INSTANTÁTENA La Rapidez Instantánea se define como la rapidez que tiene un objeto en cualquier instante de tiempo.

23 RAPIDEZ MEDIA La Rapidez Media se define como la distancia total recorrida por un objeto, dividida entre el tiempo total del recorrido. Rapidez Media = distancia total recorrida tiempo de recorrido La rapidez media se calcula con mucha facilidad! Por ejemplo: Si recorro 100 Km en 1 hora, entonces Rm = 100km/h Si recorro 400 Km en 4 Horas, entonces Rm = Ing. 400km/4h Caribay Godoy Rangel = 100 Km/h

24 RAPIDEZ MEDIA Rapidez Media = distancia total recorrida tiempo de recorrido Tiempo de recorrido = distancia total recorrida Rapidez media Si quisiera saber el tiempo que me tomará hacer un viaje donde ya conozco la distancia a recorrer y asumo la velocidad a la que quiero ir puedo tener el tiempo que voy a durar para hacer el recorrido. Distancia de Satélite a la prepa = 40 Km Pienso ir a 80 Km/h Tiempo de Ing. Caribay recorrido Godoy Rangel = 40 km 80 km/h = 0.5 h = 30 min

25 Si te infraccionan por exceso de velocidad, Fue por tu rapidez instantánea o por tu rapidez media? Calcula la rapidez promedio (en Km/h) de Caribay, quien para ir a la tienda, corre 4 Km en 30 min. Calcula la distancia que recorrerás si mantienes una rapidez promedio de 10 m/s durante 40 s.

26 VELOCIDAD Cuando conocemos tanto la rapidez como la dirección en la que se mueve un objeto, entonces estamos hablando de VELOCIDAD. La Velocidad es una cantidad vectorial que indica el cambio de posición de un objeto (desplazamiento) en un intervalo de tiempo dado. V =180 km/h, E

27 VELOCIDAD MEDIA (PROMEDIO) Velocidad Promedio = V= d y = d 1 d 0 t t 1 t 0 origen d0, t0 d1, t1 x Como lo indica la relación anterior, al igual que la rapidez, se expresa en unidades de longitud divididas por unidades de tiempo.

28 VELOCIDAD INSTANTÁNEA La velocidad instantánea nos indica cuán rápido y en que dirección un objeto se mueve a cada instante de tiempo.

29 VELOCIDAD CONSTANTE: La rapidez constante no varía (algo con rapidez constante, ni disminuye ni aumenta su rapidez). También implica dirección constante. Velocidad constante significa movimiento en una recta a rapidez constante.

30 VELOCIDAD VARIABLE: La rapidez o la dirección cambian (o si ambas lo hacen), entonces cambia la velocidad. A estos cambios lo llamamos ACELERACIÓN.

31 Si un automóvil se mueve con velocidad constante, también se mueve con rapidez constante? Si un automóvil se mueve a 90km/h y toma una curva también a 90km/h Mantiene constante su rapidez? Mantiene constante su velocidad? Una canica rueda hacia arriba una distancia de 5m en una rampa inclinada y luego se detiene y vuelve hasta un punto localizado 5m mas debajo de su punto de partida. Suponga que x = 0 cuando t = 0. Todo el recorrido lo realiza solamente en 2s. Cuál fue la rapidez media y cual fue su velocidad media?

32 Movimiento Rectilíneo Uniforme El cuerpo recorre distancias iguales en iguales intervalos de tiempo El desplazamiento o cambio de posición es: Dx = x f - x i Para un desplazamiento particular: Dx = x 3 - x 2 Los intervalos de tiempo son: Dt = t f - t i Donde t f > t i. Por tanto, Siempre ocurre que: Dt > 0 No existen tiempos negativos!!! A partir de la observación ( y medir posición y tiempo), se registran los datos en una Tabulación t(s) x (m)

33 Análisis del MRU Representemos el movimiento de un cuerpo con velocidad constante que empieza su movimiento en el instante t=0 y posición inicial x=0: t = 1h X(km) t = 2h 0 70 X(km) t = 3h 0 70 X(km)

34 Análisis del MRU (continuación) La velocidad media en el tramo comprendido entre x=0 y x=70km es: 70 0 v m 70km/h 1 0 La velocidad media en el tramo comprendido entre x=70km y x=140km es: v m 70km/h 2 1 La velocidad media en el tramo comprendido entre x=140km y x=210km es: v m 70km/h 3 2 La velocidad media es constante en todos los tramos.

35 Análisis gráfico posición vs. tiempo del MRU El movimiento observado puede ser representado también en un plano cartesiano posición versus tiempo (x vs. t) X(km) Físicamente, son las posiciones del automóvil para los instantes dados Geométricamente, el MRU es una recta cuya pendiente es la velocidad t(h)

36 Ley del MRU Si el MRU en un plano cartesiano: posición versus tiempo (x vs. t) es representado por una recta, entonces es posible escribir su ecuación. En la definición de velocidad media consideremos lo siguiente: Vm = v; es la velocidad constante. ti = 0 es el instante en que se empieza a medir. tf = t es el instante transcurrido. xf = x(t) es la posición para cualquier instante. Despejando esta expresión, se tiene: v m v x t x f f t x t i (t) i x x (t) = x i + v.t i Esta ecuación se denomina ley del MRU