APRENDIENDO FÍSICA - M03

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sábado

CAÍDA Y SUBIDA LIBRE  DE LOS CUERPOS


En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo, es frecuente también referirse coloquial mente a éstas como caídas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general despreciables.
La aceleración de la gravedad g\, lleva signo negativo porque se toma el eje vertical como positivo hacia arriba.

FÓRMULAS DE CAIDA LIBRE:

Vf= Vo +gt
Vf2= Vo2 +2gh
h= Vo t + g t2 /2
Nota: Si notamos estas formulas son las mismas del MRUA lo unico que aremos es cambiar a (aceleración) g (gravedad) que es una constante y su valor es de 9.8 o 10 dependiendo del autor en los libros; y también X (desplazamiento)  h (altura).
PROBLEMA:
*Se deja caer una pelota desde la parte alta de un edificio, si tarda 3s en llegar al piso ¿Cuál es la altura del edificio? ¿Con qué velocidad se impacta contra el piso?

Datos:
h= ? 
t= 3s 
Vf= ?
Vo= 0m/s (parte del reposo)
g=-9.81 m/s2 (constante)

una vez definido los datos podemos decir:
 Vf= v0 +gt
luego procedemos a remplazar valores y realizar las operaciones necesarias:
Vf= 0 + (9.81 m/s2)(3s)
y finalmente obtenemos el resultado:
 Vf=29.43 m/s

 h=vo*t + 1/2 gt2
h=1/2 (9.81m/s2)(3s)2
h=44.14 m 


TIRO VERTICAL
Al igual que caida libre es un movimiento uniformemente acelerado.
Diferencia: Forma ascendente y descendente.
Vo diferente a 0 sube:+ baja: -

Al igual que la caida libre es un movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad, sólo que ahora la aceleración se opone al movimiento inicial del objeto. El tiro vertical comprende subida, bajada de los cuerpos u objetos considerando lo siguiente:

a)Nunca la velocidad inicial es igual a 0.

b)Cuando el objeto alcanza su altura máxima, su velocidad en este punto es 0. Mientras que el objeto se encuentra se subida el signo de la V es positivo; la V es 0 a su altura máxima cuando comienza a descender su velocidad será negativa

c)Si el objeto tarda por ejmplo 2s en alcanzar su altura máxima tardará 2s en regresar a la posición original, por lo tanto el tiemop que permaneció en el aire el objeto es de 4s.

d)Para la misma posición del lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada.


Fórmulas:

Vf= Vo-gt

Vf2= Vo2 - 2gh= Vo * t - 1/2 at2
PROBLEMAS:
*Se lanza verticalmente hacia arriba una pelota con una velocidad inicial de 30 m/s,calcula:
a)Tiempo que tarda en alcanzar su altura max.
b)Altura max.
c) Posición y velocidad de la pelota a los 2s de haberse lanzado
d)V y posición de la pelota a los 5s de haber sido lanzado
e)tiempo que la pelota estuvo en el aire.

Datos :
Vo= 30m/s                            t= Vf - Vo / g
t= ?                           t= 0m/s - 30m/s / 9.81 m/s2
h= ?                                     a) t= 3.058 s
Vf= 0 m/s                    b)h= Vf2 - Vo2 / -2g
g=-9.81m/s          2 h= 0m/s - 900 m/s / -(2)(9.81 m/s2)
                                          h= 45.87 m

Vf= Vo -gt

Vf= 30m/s - 9.81 m/s2 * 2s
c) Vf= 0.38 m/s h= 40.38m

Vf= 30m,/s - 9.81 m/s2 * 5s
d) Vf= -19.05 m/s h=27.37 m

t= 3.05 s * 2
e) t= 6.10 s


Ejemplo:


 REALIZAR UN TEST SOBRE LO APRENDIDO:
http://www.daypo.com/test-caida-subida-libre-cuerpos.html


Movimiento en una dimensión (MRU y MRUA)


Si una partícula esta en movimiento se puede determinar fácilmente el cambio en posición. El desplazamiento de una partícula se define como el cambio de posición conforme se mueve desde una posición inicial x1 a una posición final de x2 su desplazamiento se marca de x2-x1 se usa la letra delta(Δ) para denotar el cambio de cantidad, por lo tanto el desplazamiento cambia la posición de la partícula, se escribe como.

Δ= x2-x1
El desplazamiento es un ejemplo de cantidad vectorial muchas otras cantidades físicas incluyendo la velocidad y aceleración también son vectores.
Un vector es una cantidad física que requiere la especificación tanto de una dirección y una magnitud.
Un escalar es una cantidad que tiene magnitud mas no dirección.
La velocidad promedio de una partícula se define como el desplazamiento de una partícula dividido entre el intervalo del tiempo, durante el cual ocurre el desplazamiento.



Ejemplo:}


También podemos encontrar una 4ta incógnita presente en el movimiento rectilíneo llamada a (aceleración)  y para ello necesitaremos ayudarnos de unas formulas:
A partir de esta ponemos despejar cualquier otra incógnita en este tipo de movimiento, ejemplo:

v - v0 = a x t
Δv = a x t




De acuerdo con esta relación, un objeto con una aceleración de 2 m/s2, por ejemplo, en 5 s se desplazará 2 x (5)2/2 = 25 m; en un intervalo de 10 s se desplazará 2 x (10)2/2 = 100 m y a los 15 s alcanzarán los 2 x(15)2/2 = 225 m.


Ejemplo:






Y en base a lo anterior también podemos definir una aceleración media:

 REALIZAR UN TEST DE LO APRENDIDO:






repaso

Operaciones Vectoriales




  •  Multiplicación              
·         Producto de un número real por un vector.
El producto de un número real "a" por un vector "u" da lugar a otro vector que tiene la misma dirección que u y cumple que:
- si "a" es positivo su módulo es igual al producto de "a" por el módulo de "u" y tiene el mismo sentido que "u"
- si "a" es negativo su módulo es igual al producto de "-a" por el módulo de "u" y tiene el sentido contrario a "u"

  • ·         Producto de un escalar por un vector.
El producto de un escalar por un vector da por resultado otro vector, con la misma dirección que el primero. Al hacer la multiplicación, el escalar cambia el módulo del vector (gráficamente el largo) y en caso de ser negativo cambia también el sentido. La dirección del vector resultado es siempre la misma que la del vector original.
V = (2,1)
k = 2
k V = 2 (2, 1) = (4, 2)


  • ·         Producto punto escalar.
El producto escalar de dos vectores es un número real que resulta al multiplicar el producto de sus módulos por el coseno del ángulo que forman.






  • ·         Producto cruz o vectorial.
El producto vectorial de dos vectores es otro vector cuya dirección es perpendicular a los dos vectores y su sentido sería igual al avance de un sacacorchos al girar de u a v. Su módulo es igual a:
Calcular el producto vectorial de los vectores .

 




A continuación algunos ejercicios con vectores:






  • Ejercicio 1






    • Ejercicio 2






    • Ejercicio 3






      • Ejercicio 4








        • Ejercicio 5


          • Ejercicio 6

          REALIZE UN TEST DE LO APRENDIDO.

          http://www.daypo.com/cinematica-9.html


            POSICIÓN O DESPLAZAMIENTO.


            •       Vector posición.
            Vector posición de un cuerpo respecto a un sistema de referencia se define como el vector que une el lugar ocupado por el cuerpo con el origen del sistema de referencia. Su expresión, en coordenadas cartesianas:
            r =xi +yj +zk

            •              Ecuación trayectoria.
            En cinemática, trayectoria es el lugar geométrico de las posiciones sucesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento. La trayectoria depende del sistema de referencia en el que se describa el movimiento; es decir el punto de vista del observador.

            •              Espacio recorrido.
            El espacio recorrido o distancia recorrida se mide siempre sobre la trayectoria, a diferencia del desplazamiento, en el que sólo cuentan el punto inicial y final del movimiento.

            •             Distancia recorrida.
            Es la distancia recorrida medida sobre la trayectoria. Si un móvil parte de una posición inicial y llega hasta una final sin cambiar de sentido, el espacio recorrido coincide con el valor absoluto del desplazamiento.


                                               

            • Vector velocidad.
            La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la distancia recorrida de un objeto por unidad de tiempo.

            •        Coordenadas rectangulares.
            En el sistema de coordenadas rectangulares, también denominadas coordenadas cartesianas en honor a su inventor, el matemático francés Rene Descartes, la posición de un punto se encuentra determinada por tres números independientes que definen las distancias a los llamados planos



            •          Coordenados polares.
            Las coordenadas polares es un sistema de coordenadas bi-dimensional en el cual cada punto del plano se determina por una distancia y un ángulo, amplia-mente utilizados en física y trigonometría.













            REALIZE UN TEST SOBRE LO APRENDIDO.
            http://www.daypo.com/cinematica-9.html



            CINEMATICA EN UNA DIMENSION

             Cinemática
            La palabra cinemática proviene del griego “kineema”, que significa movimiento. La cinética comprende una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos en el espacio, independientemente de las causas que lo producen. Por lo tanto se encarga del estudio de la trayectoria en función del tiempo. En el estudio de la cinemática los primeros en describir el movimiento fueron los astrónomos y filósofos griegos, los primeros escritos de la cinemática lo encontramos hacia los años 1605 donde se menciona a Galileo Galilei por su reconocido estudio del movimiento de caída libre y esfera de planos inclinados.




             


            SISTEMAS DE REFERENCIA
            •  Que es el movimiento?
            La descripción del movimiento implica representar un mundo inquieto. Nada está perfectamente inmóvil.

            • Que es el reposo?
            Es un objeto inmóvil con un respecto de referencia que pueda estar en movimiento con respecto a otra referencia.

            REALIZE UN TEST DE LO APRENDIDO:








            Cifras significativas.



            En clase de física y química es frecuente que  un alumno que está resolviendo un problema numérico pregunte por el número de decimales que debe escribir como resultado de una operación aritmética. También es frecuente que, ante la duda, presente un resultado final como 3,0112345 · 10-6, es decir, escriba todos los decimales que la calculadora le ofrece.
            Reglas para establecer las cifras significativas de un número dado.

            • Regla 1. En números que no contienen ceros, todos los dígitos son significativos.
            Por ejemplo:

            3,14159    seis cifras significativas    3,14159
            5.694    cuatro cifras significativas    5.694


            • Regla 2. Todos los ceros entre dígitos significativos son significativos.
            Por ejemplo:
            2,054    cuatro cifras significativas    2,054
            506    tres cifras significativas    506


            • Regla  3. Los ceros a la izquierda del primer dígito que no es cero sirven solamente para fijar la posición del punto decimal y no son significativos.
            Por ejemplo:
            0,054    dos cifras significativas    0,054
            0,0002604  → cuatro cifras significativas → 0,0002604


            • Regla  4. En un número con dígitos decimales, los ceros finales a la derecha del punto decimal son significativos.
            Por ejemplo:
            0,0540    tres cifras significativas    0,0540
            30,00    cuatro cifras significativas    30,00


            REALIZE UN TEST DE LO APRENDIDO:
            http://www.daypo.com/cifras-significativas.html