1. DINÁMICA. Matías Enrique Puello Chamorro

Transcripción

1 Índice 1. DINÁMICA 2 2. DINAMICA Dinámica Concepto de FUERZA Tipos de fuerza Primera ley de Newton Segunda ley de Newton Tercera ley de Newton Fuerza Normal Fuerzas de rozamiento Fuerzas elásticas Fuerzas de Tensión Cuerda flexible Fuerzas de Compresión Diagramas de cuerpo libre Problemas de mecánica anatomica

2 1. DINÁMICA Matías Enrique Puello Chamorro

3 2. DINAMICA La experiencia muestra que si un cuerpo se pone en ciertas condiciones de interacción con otros cuerpos se puede obtener: el reposo o equilibrio respecto a un sistema de referencia.(estatica) el movimiento del cuerpo con respecto a un sistema de referencia. (Dinámica) La interacción entre los cuerpos define el concepto de fuerza, mientras que la naturaleza del cuerpo en estudio se concretará por el concepto de masa Dinámica Definimos la dinámica como la rama de la mecánica que estudia las causas del movimiento.

4 2.2. Concepto de FUERZA La primera idea de fuerza la da, la sensación de esfuerzo muscular que tenemos que hacer para deformar un objeto elástico o para acelerar un objeto. Así tenemos la idea de dos efectos que puede producir una fuerza aplicada a un cuerpo. Efecto estático o deformación y Efecto dinámico o aceleración del cuerpo. FUERZA: Es una acción que puede producir una deformación sobre un cuerpo elástico o un cambio en la velocidad de un cuerpo, es decir, hace que el cuerpo se acelere. (VECTOR)

5 Concepto de FUERZA La fuerza por ser una magnitud vectorial, obedece al principio de superposición, es decir, si varias fuerzas actúan sobre un cuerpo; se puede encontrar una única fuerza que haga el mismo efecto que todas las fuerzas actuando simultáneamente. FUERZA NETA: Es la fuerza resultante de la suma vectorial de todas las fuerzas aplicadas a un cuerpo. Si la fuerza neta es cero, el cuerpo no se acelera, es decir, el cuerpo permanece en reposo o se mueve en linea recta con velocidad constante. (EQUILIBRIO).

6 2.3. Tipos de fuerza Se pueden distinguir dos grandes clases de fuerzas: Fuerzas de contacto, representan el resultado del contacto físico entre el cuerpo y sus alrededores, por ejemplo mover un carro o estirar un resorte; y fuerzas de acción a distancia que actúan a través del espacio sin que haya contacto físico entre el cuerpo y sus alrededores, por ejemplo la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos que caen en caída libre. Todas las diferentes formas de fuerzas se encuentran dentro de esas dos grandes clasificaciones.

7 2.4. Primera ley de Newton Primera Ley de Newton: afirma que en ausencia de fuerza neta sobre un cuerpo, es decir, si la Σ F = 0, éste permanece en reposo, o si está en movimiento, continúa moviéndose con velocidad constante (conservando su magnitud y direccion). INERCIA: Es la tendencia de un objeto a resistir cualquier intento de cambiar su velocidad, es decir, el objeto tiende a permanecer en reposo ó en movimiento rectilineo uniforme. MARCO DE REFERENCIA INERCIAL: es un marco de referencia que no está acelerado. La primera ley de Newton, llamada ley de inercia, sólo es válida en marcos de referencia inerciales. Qué es masa? Newton mismo usó el término masa como sinónimo de cantidad de materia. Esta noción no es muy precisa. Con más precisión podemos decir que la masa es una medida de la inercia de un cuerpo. Mientras más masa tenga un cuerpo, es más difícil cambiar su estado de movimiento.

8 2.5. Segunda ley de Newton La primera ley de Newton nos dice que le ocurre a un cuerpo si no hay fuerza neta externa. La segunda ley explica que le sucede si hay fuerza neta externa. La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa Σ F = m a ΣF x = ma x ΣF y = ma y La unidad de fuerza en el SI es el Newton y en el inglés es la libra 1 N = 1 Kg( m s 2 ) 1 Lb = 1 slug( pie s 2 ) 1 N 1 4 Lb

9 2.6. Tercera ley de Newton Principio de Acción - Reacción La fuerza F 12 que ejerce el objeto 2 sobre el objeto 1 es igual en módulo, tiene la misma dirección y sentido contrario que la fuerza F 21 ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, por tanto F 12 = F 21. La tercera ley de Newton establece que una fuerza que afecta el movimiento de un objeto debe venir de un segundo objeto externo. La fuerza de reacción es igual en magnitud a la de acción pero en sentido opuesto.

10 2.7. Fuerza Normal Consideremos un cuerpo sobre una superficie plana. Las moléculas comprimidas de la superficie producen sobre el cuerpo una fuerza elástica dirigida de la superficie hacia el cuerpo y normal a la superficie, que denominaremos fuerza Normal

11 2.8. Fuerzas de rozamiento La fricción es la resistencia al movimiento de un cuerpo sobre una superficie o a través de un medio (agua, aire, etc.,). Experimentalmente se ha comprobado que la frcción es directamente proporcional a la fuerza normal. F roz = µ s N donde µ s se le llama coeficiente de rozamiento estático. Existe la fricción estática y la fricción cinética. La fricción se da por deslizamiento, por rodadura y por viscosidad.

12 2.9. Fuerzas elásticas Todo cuerpo real, bajo la acción de las fuerzas aplicadas sobre él, se deforma, es decir,varían sus dimensiones y forma. Como fuerzas de reacción aparecen fuerzas elásticas (o recuperadoras), que se oponen a las de acción deformante. Su origen es el campo las fuerzas intermoleculares determinantes del equilibrio estructural del cuerpo. Si el muelle se estira o se comprime una pequeña distancia ( x) respecto de su estado de equilibrio (no deformado) la fuerza que hay que ejercer es proporcional a ( x) ( Ley de Hooke). F = k x La constante de proporcionalidad k de denomina constante elástica del muelle.

13 2.10. Fuerzas de Tensión Un cuerpo sólido que esta sometido a dos fuerzas opuestas F 1 y F 2, con la condición de que ( F 2 = -F 1 ) tirando de él a uno y otro lado estará en equilibrio. Cuando esto sucede se dice que el cuerpo está tensionado ó en estado de Tensión. El módulo de la Tensión es igual al módulo de una u otra de las fuerzas que actúan sobre él. T = F 1 = F 2

14 2.11. Cuerda flexible Una cuerda flexible, tal como una cinta, cordel o tendón, posee varias propiedades especiales: 1. Puede hallarse en un estado de Tensión pero no de Compresión. 2. Solo puede transmitir una fuerza en sentido longitudinal. 3. Si no existe rozamiento la tensión es la misma a lo largo de la cuerda.

15 2.12. Fuerzas de Compresión Un cuerpo sólido que esta sometido a dos fuerzas opuestas F 1 y F 2, con la condición de que ( F 2 = - F 1 ) presionandolo a uno y otro lado estará en equilibrio. Cuando esto sucede se dice que el cuerpo está comprimido ó en estado de compresión. El módulo de compresión es igual al módulo de una u otra de las fuerzas que actúan sobre él. C = F 1 = F 2

16 2.13. Diagramas de cuerpo libre

17 2.14. Problemas de mecánica anatomica Ejemplo 1 Componentes de la fuerza muscular El tendón del biceps ejerce una fuerza muscular F m de 7 kp sobre el antebrazo. El brazo aparece doblado de tal manera que ésta fuerza forma un ángulo de 40 o con el antebrazo. Hallar la componente de F m a) Paralela al antebrazo (fuerza estabilizadora ) y b) Perpendicular al antebrazo (fuerza de sostén)

18 Ejemplo 2 Dispositivo de tracción Hallar la fuerza que ejerce sobre el pie el dispositivo de tracción según la fígura.(las cuerdas forman angulos de 55 o y 25 o, el cuerpo colgante es de 3 kp)