Unidad 1 Dinámica
Dinámica: Es una parte de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos teniendo en cuenta la causa que lo origina. Comprende: principio de Inercia, el principio de ación- rección y el principio de masa o segunda ley de Newton.
2) Canal Mistercinco- Ley de Inercia
https://www.youtube.com/watch?v=wOw4CuLw_io
Cuestionario
1- ¿Por qué la masa es una medida de inercia? Ejemplifica
2- ¿Ocupa 1 litro de plomo fundido el mismo volumen que 1 litro de jugo de manzana? Defiende tu respuesta.
3- ¿Cómo cambia la tensión que experimentan tus brazos cuando permaneces inmóvil colgado de ambos brazos y cuando te cuelgas de un solo brazo?
4- En la cabina de un avión a reacción que viaja a 600 km/h una almohada cae en tus piernas desde un compartimiento elevado. Si el avión viaja tan aprisa, ¿ por qué la almohada no va a dar contra la parte posterior de la cabina cuando cae? ¿ Cuál es la rapidez horizontal de la almohada respecto al suelo? ¿ Y respecto a ti en el interior del avión?
Tercera Ley de Newton o Principio de acción- reacción
Experimentores, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=kWY4YAJcnx4
Tercera ley de Newton, principio de acción reacción
Academia Internet, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=MjQwvkj6Sr0
Las tres leyes de Newton, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA
Responde
https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/a/what-is-newtons-second-law
Para recordar las funciones trigonométricas, presentes en el apunte.
pasar a ver:
https://www.youtube.com/watch?v=WFzh7BUkELI
Luego lee atentamente e interpreta el texto https://es.khanacademy.org dado, en donde aparecen las funciones seno y coseno en la ecuación de la 2 da. ley de Newton, toma apuntes de lo que consideres fundamental.
Aquí les dejo dos vídeo, para revisar conceptos de la 2 da ley de Newton, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=0EdxuzaG198
https://www.youtube.com/watch?v=Kx9ggQMtexo
Este vídeo les muestra las tres leyes de Newton:
Anota los enunciados de la 1 ra. y 3 ra. ley de Newton, luego anota ejemplos en donde se cumplan
las tres leyes de Newton.
Práctica sobre la 2 da Ley de Newton
Leyes de Newton: ley de inercia
Vídeos:
1) Experimentores-Latina.pe- Aprende sobre la ley de Inercia
https://www.youtube.com/watch?v=FghZEOeWcWA2) Canal Mistercinco- Ley de Inercia
https://www.youtube.com/watch?v=wOw4CuLw_io
Cuestionario
1- ¿Por qué la masa es una medida de inercia? Ejemplifica
2- ¿Ocupa 1 litro de plomo fundido el mismo volumen que 1 litro de jugo de manzana? Defiende tu respuesta.
3- ¿Cómo cambia la tensión que experimentan tus brazos cuando permaneces inmóvil colgado de ambos brazos y cuando te cuelgas de un solo brazo?
4- En la cabina de un avión a reacción que viaja a 600 km/h una almohada cae en tus piernas desde un compartimiento elevado. Si el avión viaja tan aprisa, ¿ por qué la almohada no va a dar contra la parte posterior de la cabina cuando cae? ¿ Cuál es la rapidez horizontal de la almohada respecto al suelo? ¿ Y respecto a ti en el interior del avión?
Tercera Ley de Newton o Principio de acción- reacción
Experimentores, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=kWY4YAJcnx4
Tercera ley de Newton, principio de acción reacción
Academia Internet, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=MjQwvkj6Sr0
Las tres leyes de Newton, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA
Responde
1- Cuando se dispara un rifle, ¿cómo es la magnitud
de la fuerza que el rifle ejerce sobre la bala en comparación con la fuerza que
la bala ejerce sobre el rifle? ¿Cómo es la aceleración del rifle en comparación
con la de la bala? Defiende tu respuesta.
2- Si un elefante te persiguiera, su enorme masa
sería un gran peligro para ti. Pero si corres en zigzag, la masa del elefante
sería una ventaja para ti Fundamenta en base a algunas de las leyes de Newton.
3-Analiza e
identifica los cuerpos que interactúan, luego anota los pares de fuerza acción-
reacción
4-
Un autobús que viaja a gran velocidad
hace contacto con un insecto que se aplasta contra el parabrisas. A
causa de la fuerza repentina, el infortunado bicho sufre una desaceleración
súbita. ¿Cómo es la fuerza correspondiente que el insecto ejerce contra el
parabrisas: mayor, menor o igual? Justifica según teoría. ¿Por qué el insecto
se desacelera más que el autobús?
https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/a/what-is-newtons-second-law
Para recordar las funciones trigonométricas, presentes en el apunte.
pasar a ver:
https://www.youtube.com/watch?v=WFzh7BUkELI
Luego lee atentamente e interpreta el texto https://es.khanacademy.org dado, en donde aparecen las funciones seno y coseno en la ecuación de la 2 da. ley de Newton, toma apuntes de lo que consideres fundamental.
Aquí les dejo dos vídeo, para revisar conceptos de la 2 da ley de Newton, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=0EdxuzaG198
https://www.youtube.com/watch?v=Kx9ggQMtexo
Este vídeo les muestra las tres leyes de Newton:
Anota los enunciados de la 1 ra. y 3 ra. ley de Newton, luego anota ejemplos en donde se cumplan
las tres leyes de Newton.
Práctica sobre la 2 da Ley de Newton
1) Un bloque de masa m= 0,50 kg se desliza sin fricción sobre una mesa, por la acción de una fuerza horizontal F = 2 N. Este experimento también se realiza en la Luna con el mismo bloque impulsado con la misma fuerza y sobre la misma mesa.
Considerar, en valor de g en la Tierra = 9,8 m/s2 y en la Luna = 1,6 m/s2.
Con los datos dados verifica si las siguientes afirmaciones son correctas.
a) En la Tierra, cuando el bloque desliza sobre la mesa, adquiere una aceleración de 4 m/s2.
b) En la Luna, cuando el bloque desliza sobre la mesa, adquiere una aceleración de 4 m/s2.
c) La masa del bloque en la Luna es 0,5 kg.
d) El peso del bloque en la Tierra es 5 N.
e) El peso del bloque en la Luna es 0,8 N.
2) Calcular la fuerza necesaria para comunicarle a un cuerpo que pesa 60 N una a = 3 m/s2.
3) Una fuerza actúa sobre un cuerpo de 5 kg de masa, pasando la velocidad de éste de 7 m/s a 3 m/s en 2 s. Calcula la fuerza en Newton.
4) Un cuerpo posee una velocidad de 80 km/h y se le aplica una fuerza que lo hace detener a los 35 s. Si el cuerpo pesa 12800 N. ¿ Cuál es la intensidad de la fuerza aplicada?
5) ¿ Cuál será la intensidad de una fuerza constante al actuar sobre un cuerpo que pesa 50 N si después de 10 s ha recorrido 300m?
6) Un cuerpo posee una velocidad de 20 m/s y actúa sobre él una fuerza de 120 N, que después de 5 s le hace adquirir una velocidad de 8 m/s. ¿ Cuál es la masa del cuerpo?
Unidad 2 Trabajo mecánico y energía.
¿Qué es la Energía?
La energía es la propiedad o capacidad que tienen los cuerpos y sustancias para producir transformaciones a su alrededor. Durante las transformaciones la energía se intercambia mediante dos mecanismos: en forma de trabajo o en forma de calor.
Esta energía se degrada (convierte) y se conserva en cada transformación, perdiendo capacidad de realizar nuevas transformaciones, pero la energía no puede ser creada ni destruida, sólo transformada, por lo que la suma de todas las energías en el universo es siempre constante. Un objeto perderá energía en una transformación, pero esa pérdida de energía irá a parar a otro sitio, por ejemplo se puede transformar en calor.
En definitiva la energía es la capacidad de realizar cambios o trabajo. Un ejemplo, si un coche se mueve es porque tiene energía, que se la proporciona la gasolina cuando la quemamos en el motor, por eso se mueve. ¡La gasolina tiene energía!, energía que transformamos para que se mueva el coche.
Explicación de los Cambios o Energía
Como ves en ejemplo la energía de la gasolina se ha transformado en movimiento en el coche, no se ha perdido, se ha transformado. Una parte de esa energía se habrá perdido en forma de calor y de rozamiento del coche con el asfalto. El cómputo total de energía= movimiento coche + calor + rozamiento, será igual a la energía que tenía la gasolina. Por eso podemos decir que:
"La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma". Este es el Principio de la Conservación de la Energía.
Una vez que la gasolina ha perdido su energía, esta, ha pasado al coche y al aire en forma de calor. Como ves aunque la gasolina ya no tenga energía, esa energía solo se ha transformado, no se ha destruido.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.
En física, energía es la capacidad que tiene un cuerpo para producir trabajo, o también, la fuerza que produce un trabajo.
La energía se pude presentar en la naturaleza de diferentes formas transformables entre sí: energía térmica, mecánica, química, eléctrica, nuclear y electromagnética entre otras.
Por ejemplo la energía eólica es la energía contenida en una corriente de aire, y que es capaz de soplar la vela de un barco o de mover las aspas de un aerogenerador, generando trabajo.
En física hay un tipo de energía muy importante, la energía mecánica, también conocida como energía motriz o del movimiento y es la energía que mueve todo: los coches, el viento, las olas o los planetas...
Pero este tipo de energía es la suma de otras dos: la energía potencial y la energía cinética, que son las que estudiaremos aquí.
Em = Ep + Ec
Al final veremos más sobre este tipo de energía y como se calcula.
¿Cómo Medimos la Energía?
La unidad en el sistema internacional es el Julio, en honor de James P.Joule.
Cuando hablamos de energía calorífica se suele utilizar la caloría. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado la temperatura de un gramo de agua. 1 Julio = 0,24calorias.
Para expresar múltiplos de estas unidades se utilizan los prefijos Kilo (K), que equivale a 1000 unidades; Mega (M), que equivale a 1.000.000 de unidades, etc.
La energía es la propiedad o capacidad que tienen los cuerpos y sustancias para producir transformaciones a su alrededor. Durante las transformaciones la energía se intercambia mediante dos mecanismos: en forma de trabajo o en forma de calor.
Esta energía se degrada (convierte) y se conserva en cada transformación, perdiendo capacidad de realizar nuevas transformaciones, pero la energía no puede ser creada ni destruida, sólo transformada, por lo que la suma de todas las energías en el universo es siempre constante. Un objeto perderá energía en una transformación, pero esa pérdida de energía irá a parar a otro sitio, por ejemplo se puede transformar en calor.
En definitiva la energía es la capacidad de realizar cambios o trabajo. Un ejemplo, si un coche se mueve es porque tiene energía, que se la proporciona la gasolina cuando la quemamos en el motor, por eso se mueve. ¡La gasolina tiene energía!, energía que transformamos para que se mueva el coche.
Explicación de los Cambios o Energía
Como ves en ejemplo la energía de la gasolina se ha transformado en movimiento en el coche, no se ha perdido, se ha transformado. Una parte de esa energía se habrá perdido en forma de calor y de rozamiento del coche con el asfalto. El cómputo total de energía= movimiento coche + calor + rozamiento, será igual a la energía que tenía la gasolina. Por eso podemos decir que:
"La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma". Este es el Principio de la Conservación de la Energía.
Una vez que la gasolina ha perdido su energía, esta, ha pasado al coche y al aire en forma de calor. Como ves aunque la gasolina ya no tenga energía, esa energía solo se ha transformado, no se ha destruido.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.
En física, energía es la capacidad que tiene un cuerpo para producir trabajo, o también, la fuerza que produce un trabajo.
La energía se pude presentar en la naturaleza de diferentes formas transformables entre sí: energía térmica, mecánica, química, eléctrica, nuclear y electromagnética entre otras.
Por ejemplo la energía eólica es la energía contenida en una corriente de aire, y que es capaz de soplar la vela de un barco o de mover las aspas de un aerogenerador, generando trabajo.
En física hay un tipo de energía muy importante, la energía mecánica, también conocida como energía motriz o del movimiento y es la energía que mueve todo: los coches, el viento, las olas o los planetas...
Pero este tipo de energía es la suma de otras dos: la energía potencial y la energía cinética, que son las que estudiaremos aquí.
Em = Ep + Ec
Al final veremos más sobre este tipo de energía y como se calcula.
¿Cómo Medimos la Energía?
La unidad en el sistema internacional es el Julio, en honor de James P.Joule.
Cuando hablamos de energía calorífica se suele utilizar la caloría. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado la temperatura de un gramo de agua. 1 Julio = 0,24calorias.
Para expresar múltiplos de estas unidades se utilizan los prefijos Kilo (K), que equivale a 1000 unidades; Mega (M), que equivale a 1.000.000 de unidades, etc.
Energía Cinética
Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento. Un coche si está parado y lo ponemos en movimiento, quiere decir que ha adquirido una energía de algún sitio y que se ha transformado en movimiento. Esta energía que tiene ahora es una energía potencial o de movimiento.
Los cuerpo adquieren energía cinética al ser acelerados por acción de fuerzas, o lo que es lo mismo, cuando se realiza un trabajo sobre ellos.
Para calcular la energía cinética de un cuerpo (siempre estará en movimiento) será:
Ec = ½ m v2
Donde "m" es la masa del cuerpo, objeto o sustancia expresada en Kilogramos y "v" su velocidad en metros/segundo. Si ponemos la masa y la velocidad en estas unidades el resultado nos dará la energía en Julios.
Ejercicio: Calcula la energía cinética de un coche de 860 kg que se mueve a 50 km/h.
Primero pasaremos los 50Km/h a m/s ===> 13,9m/s. Ahora es bien fácil, solo hay que aplicar la fórmula:
Ec = 1/2 860Kg x (13,9m/s)2 = 83.000Julios
Ejercicio: Calcula la energía cinética de un coche de 860 kg que se mueve a 50 km/h.
Primero pasaremos los 50Km/h a m/s ===> 13,9m/s. Ahora es bien fácil, solo hay que aplicar la fórmula:
Ec = 1/2 860Kg x (13,9m/s)2 = 83.000Julios
Energía Potencial
Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto.
A diferencia de la energía cinética, que era de un único tipo, existen 3 tipos de energía potencial: potencial gravitatoria, potencial elástica y potencial eléctrica.
Energía Potencial Gravitatoria
Es la que se poseen los objetos por estar situados a una cierta altura. Si colocas un ladrillo a 1 metro de altura y lo sueltas, el ladrillo caerá al suelo, esto quiere decir que al subirlo a 1 metros el ladrillo adquirió energía. Esta energía realmente es debido a que todos los cuerpos de la tierra estamos sometidos a la fuerza gravitatoria. Si lo colocamos a 2 metros el ladrillo habrá adquirido más energía que a 1 metro, es decir depende de la posición del ladrillo, por eso es energía potencial.
¿Cómo calculamos la energía potencial? Pues es muy sencillo, solo hay que aplicar la siguiente fórmula:
Epg = m g h
Donde "m" es la masa en Kilogramos, "g" el valor de la gravedad (9,8m/s2) y "h" la altura a la que se encuentra expresada en metros. Con estas unidades el resultado nos dará en Julios.
Fíjate que si el cuerpo se encuentra en el suelo (superficie terrestre) h=0, su energía potencial gravitatoria será 0 Julios.
Un ejemplo más de este tipo de energía sería una catarata. El agua en la parte de arriba tiene la posibilidad de realizar trabajo al caer, por eso decimos que tiene energía, más concretamente energía potencial.
¿Qué pasa cuando el agua cae? Pues que va adquiriendo velocidad y perdiendo altura, es decir va adquiriendo energía cinética y perdiendo energía potencial. Justo cuando el agua llega a la parte de abajo toda la energía potencial que tenía se habrá transformado en energía cinética (velocidad) que podrá desarrollar un trabajo al golpear en las palas de la central hidráulica.
Como ves la energía cinética y la potencial gravitatoria, muchas veces, están relacionadas:
Ejercicio: ¿Qué energía potencial tiene un ascensor de 800 Kg en la parte superior de un edificio, a 380 m sobre el suelo? Suponga que la energía potencial en el suelo es 0.
Se tiene el valor de la altura y la masa del ascensor. De la definición de la energía potencial gravitatoria:
Epg = (800 Kg).(9.8 m/s^2).(380 m) = 2,979,200 J = 2.9 MJ (megaJulios)
Energía Mecánica
Es la suma de la cinética y la potencial. En cualquier sistema para calcular la energía mecánica solo tendríamos que calcularlas por separado y al final sumarlas. Fíjate en la imagen siguiente.
Cuando está arriba parado solo tiene energía potencial gravitatoria. Cuando empieza ha descender, como en la imagen, empieza a ganar velocidad y adquiere energía cinética y a perder potencial porque pierde altura. En un punto como en el que está en la figura, ya empezó a descender, tendrá energía cinética y potencial, es decir tiene energía mecánica, que será la suma de las dos como ya vimos:
Em = Ep + Ec
Energía Potencial Elástica
Es la energía que se libera cuando un muelle o un resorte que estaba comprimido, se suelta. La energía que tendrá dependerá de la deformación sufrida por el muelle, más deformación quiere decir más energía. Esta energía se puede utilizar para desarrollar trabajo, por ejemplo para impulsar una pelota.
¿Cómo calculamos la energía potencial elástica? Usamos la siguiente fórmula:
Es la energía que se libera cuando un muelle o un resorte que estaba comprimido, se suelta. La energía que tendrá dependerá de la deformación sufrida por el muelle, más deformación quiere decir más energía. Esta energía se puede utilizar para desarrollar trabajo, por ejemplo para impulsar una pelota.
¿Cómo calculamos la energía potencial elástica? Usamos la siguiente fórmula:
Epe = K X2/2 Donde "K" es una constante elástica característica de cada muelle medida en N/m (newtons partido por metros) y "x" es la longitud que adquiere el muelle o el desplazamiento o deformación desde la posición normal medido en metros (estiramiento del muelle). Con estas unidades el resultado será en Julios.
Práctica
Vídeo sobre trabajo y energía recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=OMmz8oHaOQ4
Práctica
1-Un cuerpo de cierta masa está en reposo a una altura determinada y se deja caer
libremente.
a) ¿Qué energía tiene cuando está en reposo a una altura determinada?
b) ¿Qué ocurre con la energía cinética durante la caída?
c) ¿Qué energía tiene cuando llega al suelo?
2) Una roca de 4 kg se eleva hasta una cierta altura de modo que su energía potencial respecto al suelo es de 200 J, y después se deja caer,a) averigua la altura que alcanzó, b) ¿cuál es su energía cinética un instante antes de llegar al suelo? Justifica.
3) ¿Con qué energía cinética tocará tierra un cuerpo cuya masa es 2500 g si cae libremente desde 12 m de altura? Justifica.
4-Un cuerpo de 10 kg cae desde una altura de 20 m. Calcula: a) La energía potencial cuando está a una altura de 10 m. b) La velocidad que tienen en ese mismo instante.
5-Un cuerpo de 46 kg cae desde una altura de 11 m. Calcula: a) La energía mecánica en el punto más alto, b) La energía mecánica a 8 m de altura, c) La Em en el instante antes de llegar al piso.
TRABAJO MECÁNICO
Entorno y sistema
Desde un punto de vista físico, un sistema puede ser un objeto (o partícula), varios objetos o una región del espacio. En cualquier caso, un sistema puede cambiar de tamaño y forma, como una pelota de tenis que se deforma al golpear contra la raqueta.
La frontera del sistema es una superficie imaginaria que puede coincidir con una superficie física, y separa al universo en dos partes: el sistema y el entorno del sistema.
Trabajo mecánico
Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectúa un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía.
En el S.I se mide en Joule y comúnmente se usa otra unidad llamada caloría, para referirse al trabajo mecánico. 1 Joule = 1 Newton · 1 metro = kg m²/s²
4,18 Joule = 1 Cal
Trabajo mecánico cuando la fuerza aplicada forma algún ángulo con la dirección del desplazamiento.
En la figura se observa que la fuerza F se puede descomponer en sus componentes: Fx y Fy. La componente que realiza trabajo mecánico es la componente Fx coincidente con la dirección del desplazamiento.
En este ejemplo se observa que la fuerza aplicada al objeto no va paralela al desplazamiento. Sólo realiza trabajo mecánico la componente de esa fuerza que está en dirección del vector desplazamiento, por ello en la ecuación de trabajo W, aparece la función coseno θ, expresión trigonométrica que nos permite hallar el valor de la componente Fx. Específicamente, el trabajo es el producto entre la fuerza, el coseno del ángulo y el desplazamiento.
Recordar que: coseno θ = cateto adyacente/ hipotenusa
Interpretando la imagen: coseno θ = Fx/ F
Despejando Fx = F coseno θ, por ello surge la ecuación W = F cos θ Δx
Importancia del ángulo en el trabajo mecánico, w
Como hemos visto, en la ecuación de trabajo, uno de los términos es la función conseno aplicada a un ángulo. Este ángulo nos permitirá saber cuándo el trabajo es negativo, cuando es positivo y cuando es nulo.
a)En el primer caso cuando el trabajo es positivo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo que va desde los 0° hasta los 89°, siendo máximo cuando la fuerza y el desplazamiento van en la misma dirección y sentido ( ángulo entre ellos 0, cos 0° =1)
b)En el segundo caso cuando el trabajo es negativo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo mayor a 91° hasta los 180°, siendo máximo, pero de forma negativa cuando el ángulo es 180, pues cos 180° = -1
c)En el tercer caso cuando el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 90°, por lo que el cos 90° = 0, demostrando que el trabajo es cero.
Ejemplos:
Por lo general no hay sólo una fuerza aplicada sobre un sistema mecánico, para ello se calcula el trabajo hecho por cada fuerza: la fuerza aplicada F, la fuerza Normal, la fuerza de rozamiento y la fuerza peso. Para obtener el trabajo neto se suma el trabajo W, realizado por cada una de las fuerzas.
Wneto= WP+WN+WFR+WF
Potencia mecánica, P:
Se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo. La potencia mecánica se simboliza con la letra P.
También la potencia la podemos expresar en término de la velocidad, cuando la fuerza es constante: P =F v
Surge al hacer: P = F Δx/ t siendo Δx/ t = velocidad
Las unidades para la potencia en el S.I. son el Watts, el cual se define como Joule/s, de esta manera las equivalencias de otras unidades con el Watts son:
1 kW= 1000 W; 1 Hp=746 W; 1 Cv = 735W
El caballo de fuerza (Horsepower, HP) es una unidad que fue propuesta a finales del siglo XVIII por el ingeniero escocés James Watt, quien mejoró, diseñó y construyó máquinas de vapor, además de promover el uso de éstas en variadas aplicaciones.
Watt propuso esta unidad para expresar la potencia que podía desarrollar la novedosa máquina de vapor (en su época), con respecto a la potencia que desarrollaban los caballos. Estos animales eran las «máquinas» de trabajo que se usaban ampliamente para mover molinos, levantar cargas, mover carruajes y muchas otras actividades. En Francia, no quisieron adoptar este término y decidieron adoptar lo que se conoce como Caballos de Vapor (CV).
Práctica propuesta:
a)Calcula la potencia (en HP) desarrollada por una grúa que levanta 200 ladrillos de 5 kg cada uno a 10 m de altura en un minuto con una rapidez constante. g = 9,8 m/s2
b) Una grúa es capaz de levantar una masa de 100kg a una altura de 15m en 5s. ¿Qué potencia expresada en watts suministra la máquina?
c)Calcula la máxima potencia (en HP) de una máquina remolcadora si esta es capaz de remolcar una carga de 10 000 N con una rapidez constante de 0,5 m/s
d) Una persona de 60kg sube 20m por las escaleras de un edificio en 4min. ¿Qué potencia en watts desarrolló?
Relación entre el trabajo y la energía cinética
Supongamos la siguiente situación:
Sobre una caja que se encuentra en la posición inicial y se mueve con una velocidad inicial (cuyo valor es vi), se aplica una fuerza (le llamamos Fneta porque es la resultante de todas las fuerzas aplicadas sobre la caja), como muestra la figura, como consecuencia la velocidad de la caja aumenta porque ésta se acelera.
Esta fuerza realiza trabajo sobre la caja, le transfiere energía, la caja que inicialmente se encontraba moviéndose con una velocidad, es decir posee una Eci, aumenta su energía cinética, pues aumenta su velocidad en su posición final, pasando a tener una Ecf. Toda la energía transferida por el trabajo realizado por la fuerza se transforma en energía cinética, por lo tanto:
WFneta = ΔEc = Ecf - Eci
Resumiendo:
La variación de la energía cinética que experimenta un cuerpo es igual al trabajo neto realizado sobre él para que éste modifique su velocidad.
Relación entre el trabajo y la energía potencial
La energía potencial está asociada a la posición relativa de las partículas en función de las interacciones fundamentales. Estudiaremos los casos cuando la fuerza peso o la fuerza elástica realizan trabajo sobre un cuerpo y su relación con la energía potencial vinculada a esta transferencia.
Relación entre el trabajo mecánico y la energía potencial gravitatoria
Consideremos la pelota de la figura que se desplaza de la posición inicial a la final por la acción de la fuerza peso representada:
Calcularemos el trabajo realizado por la fuerza peso, puede ser que actúen otras fuerzas sobre la pelota, pero aquí sólo nos centraremos en el peso. Por lo que el trabajo realizado por la fuerza peso desde A a B es:
WP(A-B) = Peso . Δy . cos 0º
El módulo del desplazamiento de la pelota es Δy = hA - hB, y el módulo del peso P = m . g y cos 0º = 1 porque la dirección de la fuerza coincide con el desplazamiento.
WP(A-B) = m . g . (hA - hB)
Por lo que podemos concluir que:
La energía potencial gravitatoria que adquiere un cuerpo en cierta posición A es equivalente al trabajo mecánico neto realizado para que ocupe dicha posición.
Wneto = EpgA - EpgB
Para recordar las funciones trigonométricas, presentes en el apunte.
pasar a ver:
https://www.youtube.com/watch?v=WFzh7BUkELI
Práctica
1) Un jardinero empuja una cortadora de cesped con una fuerza de 100 N. si la barra de dicha cortadora forma un ángulo de 60º con el suelo y el jardín mide 20 m de largo, ¿ cuál es el trabajo realizado después de tres pasadas?
2) Calcule cuál es la altura a la que fue levantado un cuerpo que pesa 102 N, si el trabajo realizado para elevarlo fue de 2100J.
3) Un joven arrastra un trineo sobre el hielo cargado con una masa de 40 kg. Ejerciendo una fuerza de 70 N, mediante una soga que forma un ángulo de 30º con la horizontal.Calculen el valor del trabajo mecánoco neto sobre el trineo al desplazarlo 10 m sobre una superficie horizontal, suponiendo que el coeficiente de rozamiento es 0,02.
4) Una persona arrastra una caja de 30 kg por un suelo horizontal, aplicando una fuerza constante de 120 N paralela al suelo, que la hace desplazar 5 m. Si la fuerza de fricción entre el piso y la caja es de 25 N. a) Hallar el trabajo mecánico realizado por ambas fuerzas, b) el trabajo total.
Para recordar las funciones trigonométricas, presentes en el apunte.
pasar a ver:
https://www.youtube.com/watch?v=WFzh7BUkELI
Práctica
1) Un jardinero empuja una cortadora de cesped con una fuerza de 100 N. si la barra de dicha cortadora forma un ángulo de 60º con el suelo y el jardín mide 20 m de largo, ¿ cuál es el trabajo realizado después de tres pasadas?
2) Calcule cuál es la altura a la que fue levantado un cuerpo que pesa 102 N, si el trabajo realizado para elevarlo fue de 2100J.
3) Un joven arrastra un trineo sobre el hielo cargado con una masa de 40 kg. Ejerciendo una fuerza de 70 N, mediante una soga que forma un ángulo de 30º con la horizontal.Calculen el valor del trabajo mecánoco neto sobre el trineo al desplazarlo 10 m sobre una superficie horizontal, suponiendo que el coeficiente de rozamiento es 0,02.
4) Una persona arrastra una caja de 30 kg por un suelo horizontal, aplicando una fuerza constante de 120 N paralela al suelo, que la hace desplazar 5 m. Si la fuerza de fricción entre el piso y la caja es de 25 N. a) Hallar el trabajo mecánico realizado por ambas fuerzas, b) el trabajo total.
5-Un vehículo de 1104 kg que circula por una carretera recta y horizontal varía su velocidad de 17 m/s a 7 m/s. ¿Cuál es el trabajo que realiza el motor?
Relación entre trabajo mecánico y energía cinética.
(Práctica para realizar en clase, lo que quede sin hacer es tarea extraclase)
1) ¿ Cuál es el trabajo mecánico necesario para acelerar un automóvil de 1000 kg desde el reposo hasta 25 m/s?
2) Un cuerpo de 2 kg inicialmente en reposo, se desplaza bajo la acción de una fuerza que realiza un trabajo de 9 J. ¿ Cuál es el valor de la velocidad final de dicho cuerpo?
3) Una pelota de fútbol, cuya masa es de 450 g, se desplaza horizontalmente a una rapidez de 18 m/s. Si al impactar sobre los guantes del arquero los mueve hacia atrás una distancia de 20 cm hasta detenerse.a) Anota la ecuación de W y EC,b) ¿Cuál es el valor del ángulo que forma la fuerza ejercida por el deportista sobre la pelota? ¿ Cuál es la intensidad de la fuerza ejercida por el deportista sobre la pelota, suponiendo que ésta sea constante?
Relación entre trabajo mecánico y energía potencial gravitatoria.
1) ¿ Cuál es el W necesario para elevar una pesa de 2 kg desde una altura de 60 cm hasta 1,5 m durante un ejercicio de fortalecimiento de biceps?
2) Un astronauta toma una roca de 5 kg y la levanta hasta una altura de 1 m. Si el trabajo requerido para ello es de 18,55 J, ¿ encuentra el valor de "g" del lugar en donde se encuentra?
6-Calcula el trabajo necesario para subir un cuerpo de 85 kg, a velocidad constante, desde una altura de 11 m hasta una altura de 16 m.
Relación entre trabajo mecánico y energía cinética.
(Práctica para realizar en clase, lo que quede sin hacer es tarea extraclase)
1) ¿ Cuál es el trabajo mecánico necesario para acelerar un automóvil de 1000 kg desde el reposo hasta 25 m/s?
2) Un cuerpo de 2 kg inicialmente en reposo, se desplaza bajo la acción de una fuerza que realiza un trabajo de 9 J. ¿ Cuál es el valor de la velocidad final de dicho cuerpo?
3) Una pelota de fútbol, cuya masa es de 450 g, se desplaza horizontalmente a una rapidez de 18 m/s. Si al impactar sobre los guantes del arquero los mueve hacia atrás una distancia de 20 cm hasta detenerse.a) Anota la ecuación de W y EC,b) ¿Cuál es el valor del ángulo que forma la fuerza ejercida por el deportista sobre la pelota? ¿ Cuál es la intensidad de la fuerza ejercida por el deportista sobre la pelota, suponiendo que ésta sea constante?
Relación entre trabajo mecánico y energía potencial gravitatoria.
1) ¿ Cuál es el W necesario para elevar una pesa de 2 kg desde una altura de 60 cm hasta 1,5 m durante un ejercicio de fortalecimiento de biceps?
2) Un astronauta toma una roca de 5 kg y la levanta hasta una altura de 1 m. Si el trabajo requerido para ello es de 18,55 J, ¿ encuentra el valor de "g" del lugar en donde se encuentra?
3) Un balde de 15 kg es levantado 4 m , aplicándole una fuerza vertical F cuyo módulo constante es 180 N. Determinar:
a- El trabajo que realiza la fuerza F para elevarlo a los 4 m.
b-La energía potencial gravitatoria.
a- El trabajo que realiza la fuerza F para elevarlo a los 4 m.
b-La energía potencial gravitatoria.
c- El peso del balde.
1-Visualiza el siguiente vídeo: Proyecto G
Luego, analiza y responde:
1- Expresa la diferencia entre fuerza, peso y presión?
https://www.youtube.com/watch?v=bQnfK8EjpxI
Problema 1 de Principio de Pascal
https://www.youtube.com/watch?v=bNMJVUd8HaY
Cálculo de presión, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=b2ZoonroCIA&t=12s
Práctica
Para saber más:
Concepto:
https://www.youtube.com/watch?v=M0cb5T92qWI&t=34s
2) P. atmosférica, experiencia de Torricelli, recuperado de:
3) La presión atmosférica y su medida, recuperado de:
1) a-¿ A qué se debe la presión atmosférica? ¿ Es constante su valor? Explica.
Práctica
Hidrostática
Concepto de presión
1-Visualiza el siguiente vídeo: Proyecto G
https://www.youtube.com/watch?v=SFcLbAe1P1w
Para saber más:
Les dejo este link, observen el pasaje de unidades, pero lo pueden hacer según lo dado en clase.
https://www.youtube.com/watch?v=ptmUq_Vj27k&spfreload=10
También pueden ver:
https://www.youtube.com/watch?v=drTjCpZG4qE
Les dejo este link, observen el pasaje de unidades, pero lo pueden hacer según lo dado en clase.
https://www.youtube.com/watch?v=ptmUq_Vj27k&spfreload=10
También pueden ver:
https://www.youtube.com/watch?v=drTjCpZG4qE
Luego, analiza y responde:
a- La presión ejercida por un cuerpo depende solamente del peso de éste.
b- Para cuerpos de igual peso, a mayor superficie de apoyo, menor presión. Ejemplifica.
c-La presión ejercida sobre una superficie resulta( directamente/ inversamente) proporcional a la fuerza aplicada y ( directamente/ inversamente) proporcional a la superficie sobre la cual se aplica.
d- ¿ Qué forma debe tener un cuerpo para que ejerza la misma presión cualquiera sea la manera en que se lo apoya?
Cálculo de la presión:
Analiza el pasaje de unidades
https://www.youtube.com/watch?v=SqUUYF4CD7w
Para recordar y diferenciar peso y masa
https://www.youtube.com/watch?v=XZB924RFXJ8
Cálculo de la presión:
Analiza el pasaje de unidades
https://www.youtube.com/watch?v=SqUUYF4CD7w
Para recordar y diferenciar peso y masa
https://www.youtube.com/watch?v=XZB924RFXJ8
Responde
1- Expresa la diferencia entre fuerza, peso y presión?
2- a)Fuerzas iguales pueden producir presiones diferentes?
b) Considera dos cuerpos de 200 N, pero uno con 10 cm2 de base y el otro con sólo 5 cm2 de base, calcula la presión en Pascales (N/m2) que cada uno ejerce sobre su base.
3-a-¿ Fuerzas diferentes pueden producir presiones iguales?
b- Imaginen dos cilindros, el primero pesa 300N y su base mide 6 cm2, el segundo pesa 200 N y su base mide 4 cm2. Halla las presiones en Pascal (N/m2) que ejerce cada uno sobre su base.
Tutorial sobre Hidrostática
Puedes leer las pág 72 y 73; 77 y 78...
Puedes leer las pág 72 y 73; 77 y 78...
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena4/impresos/quincena4.pdf
Principio de Pascal
https://www.youtube.com/watch?v=DvunLVtLegI
Globo con aire atrapado en agua
https://www.youtube.com/watch?v=SLJcJoQ0sHk
Globo con aire atrapado en agua
https://www.youtube.com/watch?v=SLJcJoQ0sHk
Transmisión de fuerzas
https://www.youtube.com/watch?v=Uxo8ZckoLV0
Prensa hidráulica
https://www.youtube.com/watch?v=hW_Wg32hXsE
S
Problema sobre prensa hidráulica:
UNICOOS, recuperado de:
UNICOOS, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=QV0Iw0fdIWY&t=184s
Principio de Pascal: ejercicio, recuperado de:
Problema 1 de Principio de Pascal
https://www.youtube.com/watch?v=bNMJVUd8HaY
Cálculo de presión, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=b2ZoonroCIA&t=12s
Práctica
1-En una prensa
hidráulica, el pistón menor tiene una superficie de 0,05 m2 , y el
mayor, de 0,8 m2 .
Sobre el menor se aplica una fuerza de 550 N. ¿Qué fuerza es comunicada al
pistón mayor?
2-La base de un
elevador hidráulico de automóviles posee un cilindro de 1,50 m de diámetro
conectado a un pistón de 12 cm
de diámetro. ¿Qué fuerza deberá ejercer sobre el pistón para sostener un
automóvil de 12500 N?
3- Tenemos una prensa hidráulica. Las superficies de sus secciones son 50
cm2 la del pistón pequeño y 250 cm2 la del pistón grande.
Con ella queremos levantar una masa de 400kg.
a) ¿Qué fuerza tiene
que realizar el operador de la prensa? b)¿Dónde debe colocar el objeto de 400 kg ?
c) Si la máxima
fuerza que puede realizar fuese de 700 N, ¿podrá levantar el objeto?,d) ¿ Qué
volumen de fluido se desplaza? e) Si el émbolo pequeño desciende 20 cm, ¿
cuánto asciende el émbolo mayor?
Densidad
Experimentores: aprende algo más sobre densidad
https://www.youtube.com/watch?v=R2bzsxSFYac
Para saber más:
https://www.youtube.com/watch?v=Kh10SBLJi1k
Peso específico
https://www.youtube.com/watch?v=WPr5wKo1G6s
Práctica
1)0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.000633 cm
. Calcular: a)Su densidad b)Su peso especifico.
2) Calcula el peso específico de un
cubo de madera de 6 cm de lado que pesa 1,60 N.
3) Calcula el peso de un cilindro de aluminio de 5 cm de
radio y 4 dm de altura. El peso específico del aluminio es de 2700 kg/m3.
4)¿Cuántos m3 ocuparán 1000 kg de aceite de
lino, si este tiene una densidad de 940 kg/ m3?
5)Determine la masa de un cubo de 5 cm de arista si el
material con que está construido es de cobre, densidad 8960kg/m3.
Presión hidrostática
Concepto:
Presión atmosférica
1) Proyecto G, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=d7xvPQMrMdo
2) P. atmosférica, experiencia de Torricelli, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=cyeB_SRvAvg
3) La presión atmosférica y su medida, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=JaYF3sFheZw
Luego de visualizar los vídeos, responde:
1) a-¿ A qué se debe la presión atmosférica? ¿ Es constante su valor? Explica.
b-¿ El agua herve siempre a 100° C? ¿Puede hervir a temperatura ambiente?
c- ¿A qué se debe el apunamiento de una persona ?
2) Cuando bebes un líquido con un sorbete, ¿sería más correcto decir que el líquido es empujado hacia arriba que decir que es succionado hacia arriba? ¿ Qué es exactamente, lo que empuja al líquido? Defiende tu respuesta.
3) Explica la experiencia de Torricelli. ¿Qué le permitió determinar? ¿ Cómo se calcula el valor de la presión atmosférica normal, cuál es su valor ?
Práctica
1- ¿Cuál es el valor de la presión absoluta en la cima del Aconcagua a 6962 m.? densidad del aire 1,2 kg/m3
2- El cerro tronador se encuentra a 3491 m de altura , ¿qué valor tiene la presión absoluta allí?
3-En el océano Pacífico se encuentra el abismo de Challenger al sur de las fosas de las Marianas,a una profundidad de 10994 m. Determina el valor de la presión absoluta a esa profundidad.
4- El peso específico del hierro es de 76,9 N/dm3. ¿Qué volumen tiene un trozo de hierro que pesa 0,25 N?
5-Un recipiente contiene líquido hasta un nivel de 5 cm y la presión que soporta el fondo es de 66,64 N/ dm2. Hacer los pasajes de unidades que correspondan para luego calcular el peso específico del líquido.
6-Un submarino se hundió a una profundidad de 50 m. Calcular la presión que soporta siendo el peso específico del agua 1026 N/ m3.
2- El cerro tronador se encuentra a 3491 m de altura , ¿qué valor tiene la presión absoluta allí?
3-En el océano Pacífico se encuentra el abismo de Challenger al sur de las fosas de las Marianas,a una profundidad de 10994 m. Determina el valor de la presión absoluta a esa profundidad.
4- El peso específico del hierro es de 76,9 N/dm3. ¿Qué volumen tiene un trozo de hierro que pesa 0,25 N?
5-Un recipiente contiene líquido hasta un nivel de 5 cm y la presión que soporta el fondo es de 66,64 N/ dm2. Hacer los pasajes de unidades que correspondan para luego calcular el peso específico del líquido.
6-Un submarino se hundió a una profundidad de 50 m. Calcular la presión que soporta siendo el peso específico del agua 1026 N/ m3.
Principio de Arquímedes
Pasar a ver los siguientes vídeos:
Principio de Arquímedes, recuperdo de:
https://www.youtube.com/watch?v=PIwryk84_HA
En este vídeo al finalizar, cuando presenta las ecuaciones hay un error: es Peso aparente= Peso real - Empuje, pero el resto de la explicación está buena.
Master D, recuperado de.
https://www.youtube.com/watch?v=95Jrk9W5wr0
¿Por qué flota un barco? Recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=SNlkow9kpwg&t=94s
Unicoos, problema resuelto, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=scO9JARtW4s&t=76
Para repasar conceptos, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=E3M8DgDagIs
Práctica
1) Se tiene un cubo de aluminio de 2700 kg/m3 de 2 cm de arista (lado). Calcular: a) Su volumen. b)El empuje que recibe cuando se lo sumerge en aceite, densidad 900 kg/m3.c)La masa del cuerpo. d)El peso del cuerpo en el aire (peso real). D) El peso del cuerpo sumergido en aceite.
2)a) De la ecuación de empuje , despeja volumen.
b) Un cuerpo sumergido en mercurio, densidad 13600 kg/m3, recibe un empuje de 1,2 N. ¿Cuál es el volumen del cuerpo? Expresar en cm3
3) Al sumergir un cuerpo en nafta, densidad 700 kg/ / m3, recibe un empuje de 0,3 N. El peso del cuerpo sumergido en nafta es de 0,45 N. Calcula: a) El peso del cuerpo en el aire. b)El volumen del cuerpo.c) La masa del cuerpo. d) La densidad del cuerpo.
4-Un prisma de hierro, densidad 7800 kg/m3, de 10 cm de ancho por 30 cm de largo y 5 cm de altura, se coloca en agua, densidad 1000 kg / m3. a)Compara las densidades, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta. b) Ahora calcula el peso del cuerpo y el empuje que recibe el cuerpo, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta.
5- Con 0,83 N de Zinc, densidad 7100 kg/ m3, se construye un cuerpo que ocupa un volumen de 80 cm3. Si se coloca este cuerpo en agua de mar, densidad 1030 kg/m3. Compara las densidades, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta.b) Calcula el empuje que recibe el cuerpo. Compara el peso y el empuje ¿flota o se hunde? Justifica.
